梁 鑫

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正新煤焦有限責(zé)任公司， 山西 沁源 046500）

高應(yīng)力煤層巷道是巷道支護(hù)技術(shù)中的主要難題。在以往的施工當(dāng)中應(yīng)用了切槽、錨索等方式加強(qiáng)支護(hù)然而卻沒(méi)有達(dá)到理想的效果，但依然沒(méi)有對(duì)巷道變形的問(wèn)題進(jìn)行有效地控制和解決。在某些煤礦當(dāng)中將順槽頂當(dāng)作軟巖，并且出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的破損這也是大斷面巷道中的一種較為嚴(yán)重的問(wèn)題。巷道支護(hù)技術(shù)一直都是煤礦支護(hù)當(dāng)中的難點(diǎn)，要想有效地保證煤礦開(kāi)采過(guò)程中的安全就需要深入研究大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)工作。采用有效的支護(hù)方案，全面地解決這一問(wèn)題，推動(dòng)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。

1 當(dāng)前我國(guó)煤礦軟巖巷道的現(xiàn)狀

軟巖是礦井中一種強(qiáng)度低并且空隙較大的巖體，相關(guān)的巖石研究學(xué)會(huì)將這種軟巖定義為強(qiáng)度在0.5～25.0 MPa 的一種單軸抗壓強(qiáng)度巖石。通過(guò)對(duì)這種軟巖進(jìn)行研究和分析，發(fā)現(xiàn)可塑性、漲縮性和崩解性是其主要特質(zhì)。對(duì)于這種巖石的研究早在20 世紀(jì)50 年代就有相關(guān)的人員對(duì)軟巖的蒙脫石膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并且提出了與之相關(guān)的多種理論。應(yīng)變控制理論是日本山地宏提出的，他們認(rèn)為將這種理論應(yīng)用到煤礦軟巖巷道支護(hù)當(dāng)中可以增加支護(hù)的結(jié)構(gòu)，并且在支護(hù)結(jié)構(gòu)增加的同時(shí)可以不斷地減小圍巖的應(yīng)變力，圍巖的允許會(huì)不斷地增大。所以加強(qiáng)支護(hù)的結(jié)構(gòu)能夠在允許應(yīng)變范圍內(nèi)容加強(qiáng)對(duì)圍巖應(yīng)變控制。我國(guó)針對(duì)軟巖巷道的研究并提出了巖性轉(zhuǎn)化理論、軸變理論和聯(lián)合支護(hù)等相關(guān)的理論。我國(guó)著名學(xué)者陸家梁、馮豫等人在新奧法理論研究基礎(chǔ)上提出了聯(lián)合支護(hù)理論，單一的加強(qiáng)支護(hù)剛度對(duì)支護(hù)效能造成嚴(yán)重的影響，需要將新奧法合理應(yīng)用到支護(hù)技術(shù)研究當(dāng)中，并需要結(jié)合軟巖的實(shí)際情況，采用先柔后剛、柔剛適中的方式保證聯(lián)合支護(hù)的穩(wěn)定性。當(dāng)前相關(guān)的學(xué)者針對(duì)軟巖的研究開(kāi)始從物理學(xué)的方式不斷的轉(zhuǎn)向工程地質(zhì)方面進(jìn)行研究，并結(jié)合軟巖和工程地質(zhì)的實(shí)際特性進(jìn)，并且通過(guò)不斷的理論研究和實(shí)踐推動(dòng)了支護(hù)技術(shù)的發(fā)展。旨在更好地解決煤礦軟巖巷道當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

2 控制軟巖巷道圍巖變形的相關(guān)支護(hù)技術(shù)研究

煤礦中的軟巖巷道在遇水后容易出現(xiàn)膨脹和崩解現(xiàn)象，在軟巖巷道支護(hù)中重要的工序是封閉圍巖和杜塞圍巖內(nèi)容的礦井水通道。針對(duì)軟巖巷道的穩(wěn)定性主要采用了加固法、卸壓法和聯(lián)合法這三種支護(hù)方式[1]。被動(dòng)支護(hù)和主動(dòng)支護(hù)是加固法的主要支護(hù)形式，金屬架蓬支護(hù)是被動(dòng)支護(hù)的主要方式，而錨、噴和網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)是主動(dòng)支護(hù)的方式，主要是對(duì)圍巖進(jìn)行加固并保證控制巷道的變形。針對(duì)卸壓法就是采用切縫的方式將原來(lái)連接的巖體分隔開(kāi)，降低軟巖巷道應(yīng)力，從而使軟巖巷道的變形量逐漸地降低。將聯(lián)合法和卸壓法應(yīng)用到軟巖巷道當(dāng)中能夠在很大程度上保證巷道的穩(wěn)定性。我國(guó)的重點(diǎn)煤礦基本上屬于高瓦斯礦井。煤層的平均厚度在4.5 m 左右，通過(guò)對(duì)煤礦地質(zhì)的研究和數(shù)據(jù)分析，煤礦的順槽巷道的偽頂?shù)钠骄穸仍?.2 m，其主要成分是泥砂巖并且存在嚴(yán)重的坡頂問(wèn)題。在距離頂板2.8 m 以上的范圍主要是以粉砂巖和炭質(zhì)泥成分組成的巖層，有些部分出現(xiàn)離層現(xiàn)象。頂板10 m 以上的圍巖主要是粉砂巖，在以往的施工作業(yè)中出現(xiàn)過(guò)較為嚴(yán)重的斷層現(xiàn)象，對(duì)巷道的安全掘進(jìn)產(chǎn)生造成嚴(yán)重的影響，并出現(xiàn)較大范圍的垮落并且伴有下沉現(xiàn)象，從而對(duì)巷道支護(hù)技術(shù)的施工造成很大的影響。要想增強(qiáng)支柱的作用、保證巷道掘進(jìn)的效率和施工安全，就需要對(duì)大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)技術(shù)進(jìn)行充分的研究。

3 解決大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)設(shè)計(jì)難題的策略

3.1 支護(hù)應(yīng)用的形式

在巷道軟巖破碎頂板的前期支護(hù)中才有了錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)法。在側(cè)煤柱中應(yīng)用了塑料網(wǎng)和樹(shù)脂錨桿兩種支護(hù)方式。金屬網(wǎng)和麻花錨桿兩種方式作為采空區(qū)側(cè)煤柱的主要支護(hù)。螺旋紋錨桿是頂板錨桿的主要特點(diǎn)其長(zhǎng)度和錨桿間距為2.0 m 和1.1 m，它們之間的排距為1.0 m，每排采用了5 根長(zhǎng)度為4.8 m的配套錨桿。頂板錨索采用了長(zhǎng)度和直徑分別為4.3 m 和17.8 mm 的頂應(yīng)力鋼絞線。在頂板每排施工中采用了間距為2.5 m、排距為3.0 m 的單錨網(wǎng)，并且與0.3 m×0.3 m 的鋼托板配合進(jìn)行支護(hù)。MSK 23/35 快速應(yīng)用于頂板錨桿、MSZ 23/60 中速型樹(shù)脂藥應(yīng)用于錨索，并且每根錨桿要和一支快速和中速型的樹(shù)脂藥配套使用。則需要配套2 根和2 支錨索。

3.2 應(yīng)用過(guò)斷層支護(hù)技術(shù)的主要特點(diǎn)

過(guò)斷層支護(hù)技術(shù)的要點(diǎn)可以分為三種，其一要想更好地保證撞楔超前支護(hù)能夠順利通過(guò)過(guò)斷層破碎的范圍，在完成以上支護(hù)方式后采用聯(lián)合支護(hù)法對(duì)斷層面相距5 m 的位置進(jìn)行支護(hù)處理，也就是將撞楔超前支護(hù)和注漿支護(hù)以及棚式支護(hù)相互結(jié)合配套支護(hù)。在施工的地板處采用撞楔超前支護(hù)[2]，撞楔超前支護(hù)的是由直徑30 mm 的鋼針作為主要材料，并且每組需要采用10 根長(zhǎng)度為3 m 的鋼針，在支護(hù)的過(guò)程中要垂直于工作面。其次注漿支護(hù)的特點(diǎn)，當(dāng)對(duì)上述工程完成后，在與頂板相距1.2 m 的水平面鉆三個(gè)深度為3 m 的孔，并且每個(gè)孔之間的距離為1.5 m。通過(guò)高壓泵將一定量的馬麗散混合液注入到每個(gè)鉆孔內(nèi)，當(dāng)在煤巖體深入漿液時(shí)需要停止注漿并將孔封住。漿液凝固5 h 后就可以進(jìn)行掘進(jìn)施工。對(duì)于棚式施工，在施工巷道內(nèi)設(shè)置工字鋼棚并且每個(gè)鋼棚之間的距離為1.0 m，并且要利用套桿將鋼棚連接起來(lái)。要想保證鋼棚的穩(wěn)定性需在安裝鋼棚前要在堅(jiān)硬的頂板內(nèi)穩(wěn)固棚腿，并且要在施工范圍內(nèi)進(jìn)行地錨施工。之后在果斷帶層中設(shè)置10 架鋼棚，并且在兩個(gè)相鄰的鋼棚中間填充水泥背板，如果沒(méi)有達(dá)到理想的施工效果，需要及時(shí)關(guān)注膨脹劑從而在很大程度上保證施工質(zhì)量。

4 支護(hù)應(yīng)用中的分析和策略

4.1 支護(hù)應(yīng)用中的問(wèn)題

巷道當(dāng)中的每塊頂板存在厚度不一致的現(xiàn)象，在施工的過(guò)程中容易出現(xiàn)加大面積的破碎面。如果只利用錨桿網(wǎng)進(jìn)行巷道頂板的支護(hù)，只能有效地保證巷道的橫向上的支護(hù)效果，然而縱向面卻無(wú)法達(dá)到理想的支護(hù)效果，無(wú)法橫向和縱向相互聯(lián)鎖的支護(hù)效果。倘若在施工的過(guò)程中出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象非常容易導(dǎo)致多排支護(hù)失去原本的支護(hù)效果。另外還會(huì)導(dǎo)致接近漏頂?shù)闹ёo(hù)同樣失去原本的效果。其次當(dāng)上述支護(hù)施工完成后，可以在基本定和直接頂范圍內(nèi)的錨固段中間采用4.3 m 長(zhǎng)的頂板錨索，如果出現(xiàn)離層和下沉的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致直接頂處，從而導(dǎo)致錨固失去支護(hù)效果。對(duì)于直徑為17.8 mm 錨固所出現(xiàn)失效情況就會(huì)導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足錨索抗拉強(qiáng)度的施工要求。其三如果施工的過(guò)程中出現(xiàn)斷層的現(xiàn)象，并且巷道頂板局部出現(xiàn)漏液的情況，通過(guò)對(duì)巷道頂板的了解漏頂范圍在1.0～1.3 m之間。如果在這種情況下仍然使用錨桿和錨索進(jìn)行支護(hù)，將會(huì)加大施工的難度，無(wú)法保證頂板的穩(wěn)定性。通過(guò)具體施工現(xiàn)象的分析，如果在頂板錨桿和錨索采用樹(shù)脂藥的需要較長(zhǎng)的時(shí)間，并且錨索和錨固的長(zhǎng)度不符合施工的要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的支護(hù)需求。

4.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

頂板永久支護(hù)主要是采用錨桿支護(hù)、錨索支護(hù)、圓鋼托架支護(hù)、金屬網(wǎng)和工資鋼梁聯(lián)合等支護(hù)形式，采用長(zhǎng)度為4.0 m、寬度為0.25 m 型號(hào)為“JW”的鋼帶，并將6 根錨桿穿插到其中進(jìn)行配套施工[3]，錨桿還是選擇常規(guī)型號(hào)的錨桿，并且錨桿之間排距和間距分別為0.8 m 和0.9 m，在直徑為20 mm 的圓鋼托架的兩端焊制直徑為23 mm 的圓孔。其次當(dāng)完成頂板錨桿的施工后，需要將1 根圓鋼托架安裝到第一排鋼帶錨桿之間，并且在第三排的首部和尾部2 根鋼帶之間也要設(shè)置1 根圓鋼托架進(jìn)行預(yù)緊，同時(shí)將1 根圓鋼托架安裝到第一排鋼帶第2 根錨桿和第三排第5 根錨桿之間，通過(guò)這樣一次推進(jìn)的方式在每排的鋼帶之間的錨桿中按照邁步式設(shè)置圓鋼托架。要想更好的保障頂板錨索干的支護(hù)效果，將錨索的長(zhǎng)度和直徑分別改正6.5 m 和21.6 mm，在每排當(dāng)中設(shè)置3 根錨索，并且將錨索之間的距離和排距設(shè)置為2.0 m 和1.6 m，并且將1 根工字鋼鋼梁連接到縱向相鄰的錨索中間。從而錨桿和鋼梁形成“交錯(cuò)式”。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦開(kāi)采時(shí)間的不斷增加，淺部容易開(kāi)采的煤炭在逐漸的減少，進(jìn)而煤礦企業(yè)逐漸的開(kāi)始不斷地挖掘深層的每趟資源，煤炭軟巖問(wèn)題隨著煤礦不斷的生產(chǎn)和建設(shè)壓在不斷的加劇，大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)技術(shù)是軟巖巷道中重要的一個(gè)問(wèn)題，迫切地需要解決。所以需相關(guān)人員根據(jù)巷道軟巖和支護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行全面的研究和分析，從而采用更為合理有效的支護(hù)方案，保證煤礦開(kāi)采過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性，在最大程度上滿(mǎn)足支護(hù)的需求，從而保證支護(hù)技術(shù)施工的質(zhì)量。