煤矿软岩巷道掘进支护技术

煤矿软岩巷道掘进支护技术

柳振海

平凉新安煤业有限责任公司  甘肃省平凉市  744201

摘要：近几年，矿井安全生产事故频繁发生，其中以顶板灾害为主，因采矿工艺不完善，采矿计划设计不当，导致采场范围增大，煤层上部的顶板失稳，受上覆岩石压力的影响，出现了严重的变形。如果不能及时支护或支护力度不足，工作面顶板将会出现崩塌，导致人员伤亡。为了解决矿工的工作安全问题，本文以煤矿软岩巷道为例，对掘进技术进行研究，分析了支护技术，提出了不同支护技术的应用方案，以期为相关工作人员提供参考。

关键词：煤矿；软岩巷道；掘进支护技术

引言：开采矿井这项工作具有很高的技术含量，不合理的开采会给矿区的地质构造和水文环境带来灾难性的损害，还会危及矿工的生命。在矿井生产中，既要保证生产工艺、装备水平达标，又要保证安全生产。为了预防煤矿生产中的事故，必须采取科学的巷道支护技术，对采空区进行有效的防护，防止因地层的破坏而造成的坍塌，保障有关工作人员的生命，提高采矿工作的效率。

一、支护难点

随着矿井的深入，不同的地质结构对巷道的稳定性有很大的影响，尤其是软岩巷道的短期变形和蠕变，对整个巷道的施工质量有很大的影响。在软岩巷道开挖、支护施工中，因其特殊的地质条件和结构特征，使其施工困难，主要表现在：第一，软岩的强度较低，岩体容易破裂，很难保证其安全。煤田地区软岩主要为泥岩、砂质泥岩和碳质泥岩，这些软岩具有节理发育的特点，在应力作用下容易发生变形和破裂，很难进行支护。第二，高强度的围岩应力作用，导致岩体向软岩石转化。随着矿井开采深度的增大，巷道集中应力持续增大于围岩，导致围岩失稳。第三，矿井采空区地层中含有各种粘土矿，具有较高的吸水性，遇水膨胀，必须采取有效的防渗措施，防止后期采掘时因雨水而发生崩塌[1]。

二、掘进施工的要点

在施工中，软岩的强度偏低是一个很大的难题，除了自身的岩层稳定性差之外，围岩应力的提高也是造成其强度下降的重要因素。在施工期间，围岩的自稳期很短，所以在设计时要充分考虑围岩的自稳性，并严格控制工期。再者，对矿井的布置进行优化，在矿井开发之前，要仔细地勘察周边的岩石类型和分布，并合理规划隧道的开挖路径，避免强度较弱的地层，并根据不同地层的地质特征，确定巷道应力的大小和方向，避免高应力区。

还有，目前在软岩巷道支护截面上，一般都是采用直壁半圆拱截面，分为椭圆形和马蹄型两类，应结合岩体应力和巷道大小，以增加支护结构强度，防止因反复检修而影响矿井生产。另外，要增强围岩强度。在实际工程中，往往通过锚杆、灌浆等方法形成承压圈，以充分发挥自身承载力，增强其强度。除此以外，还要增加围岩支护表力。软岩巷道支护的作用与岩体表面的完整性成正相关。在施工时，可采用快速喷射水泥砂浆和锚索预应力等方法，以改善围岩的力学状况，加强巷道的稳定性。值得注意的一点是，刚柔结合的方式，既减小岩体的压力，又能保证支护结构的强度。设计支护结构时，充分考虑围岩的变形，最大限度地提高围岩的承载能力，从而使支护结构能够根据应力的大小进行合理的减压、卸压[2]。

三、掘进支护的技术

（一）软岩巷道的掘进

由于机械化技术的不断发展，目前软岩巷道的掘进大多是机械施工，其中以常规钻爆施工为主，机械设备主要是气腿式凿岩机配耙斗（或铲斗）装岩机，液压钻车配侧卸岩机，液压钻车配履带挖掘装载机。机械化施工比手工掘进有很大的提高，劳动强度和施工速度都有很大提高。在软岩巷道掘进之前，必须全面分析巷道掘进路线和巷道周围的岩石特性，并根据巷道的强度和稳定性，结合现场的施工条件，选用适当的机械和掘进方法。目前，煤矿常用的掘进方法有综掘和爆破两种，它们各自都有各自的优势。其中钻爆技术多应用于硬岩层，而综放机掘进的平均速度高，开挖后的外壁平滑，便于支护，支架与围岩紧密结合，承载力大。在掘进时，钻爆法必须采用湿式凿岩法进行防尘，而综巷掘进则需要使用湿式吸尘器。

（二）锚注支护技术

在软岩巷道施工中，为充分发挥锚杆的优点，提高围岩的强度，可采用锚杆作为注浆管，从外侧向内灌注，从而达到锚固与注浆的一体化。采用锚注支护技术，可以优化围岩的松散度，使岩体内部产生显著的固结力，增加内部摩擦力，从而增强围岩强度，并能激发其承载能力。采用锚注支护技术所构成的加固圈，能够为锚固结构的稳定提供可靠的地基，从而能够对疏松的围岩进行加固。锚注支护技术通过注浆加固了断裂围岩间的空隙，使得应力分布均匀。在工程实践中，锚注支护技术具有较高的抗压强度和承载力，能够提高支护效果。另外，与单一支护方法相比，采用锚固组合支护法具有显著的优越性，通过适当的灌浆部位，可以使围岩自身的主要承压层与锚杆支撑的承压层连接起来，从而增大岩体的承压面。在应力支护中，可以根据工程的具体情况，综合考虑各种因素，采用锚注支护技术，提高整体的支护效果。

（三）锚网喷支护

在锚网喷护体系中，采用锚固结构是十分重要的。采用喷网与锚杆联接后，既能有效地改善岩体的稳定性，又能有效地避免软岩巷道破裂区及塑性区的扩展。要想保证岩体的稳定和自身的承载力，就需要在岩体发生变形前，将锚网喷护系统引入到岩体中。在软岩巷道施工中，采用锚网喷支护技术可以有效地防止围岩的变形，从而达到不需要过分维修的目的。在软岩巷道施工中，要结合矿井软岩的具体条件，选用锚网式喷支护体系。在岩体构造较好的情况下，可以采用分段技术进行巷道的支护。它可以防止二次损伤周边岩体结构，保证了软岩巷道施工的效率。需要关注的一点是，在矿井开挖过程中，由于矿井中存在较多的软岩区，单采用支护技术并不能取得显著的效果，而使用U型钢和锚网喷支护的结合方法，则可以获得更好的施工效果。换言之，U型钢宜与锚网喷支护组合应用，可大大改善支护的效果。在施工时，通常先采用锚网喷支护，再采用 U型钢进行支护，以确保最终的支护效果达标。除此以外，棚式支护技术也是非常有效的一种支护技术。采用了木材、高品质的石料、金属防护层等材料，与浅部围岩、石料、木材等进行对比，综合性能优势显著，且相对安全。综合考虑变形和支护费用等因素，可以在较长的矿井中推广

[3]。

四、结束语

总而言之，由于矿井岩体结构复杂，软岩强度较差，在开挖深度时，围岩应力会增大，从而对整体稳定性产生不利影响。因此，在矿井建设中，应仔细勘察矿井采空区的地层分布和构造特征，确定合理的开挖路径、合理的支护框架，以防止由于岩体变形引起的二次支护和巷道修复，从而保证了矿井的安全。其中，根据情况合理使用锚网喷支护的技术，以及使用锚注支护技术，都能够得到良好的建设效果。

参考文献：

[1]张宁.煤矿软岩巷道掘进支护技术探析[J].矿业装备,2022(02):58-59.

[2]赵正军.煤矿软岩巷道掘进支护技术探讨[J].当代化工研究,2021(08):13-14.

[3]李彦兵.煤矿软岩巷道掘进支护技术研究[J].能源与节能,2017(09):138-139.DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.20170908.003.