煤矿深部软岩巷道支护方法浅探

煤矿深部软岩巷道支护方法浅探

摘要：巷道支护要结合实际情况践行过程化分析，全面建立多元应用模式，

保证相应的支护设计方案都能发挥其实际作用，提升支护效果的同时，减少安全

隐患造成的损失。为此，文章就煤矿深部软岩巷道支护方法展开探究。

关键词：煤矿；深部开采；巷道；支护方法

1.软岩概述

较为常见的软岩主要分为两类。第一类是地质软岩，其具有强度较低、空隙

率较大的特点，并且围岩结构的胶结效果较差，加之结构面切割或者是风化因素

造成的影响，就会出现大量膨胀性黏土矿物，因此，将松散软弱岩层统称为地质

软岩。第二类是工程软岩，在巷道工程力的实际作用环境中，工程岩体出现异常

的变形，此时，巷道工程力会集中作用在岩体位置。与此同时，应力水平的增高，也会提升塑性变形的强度。

2.煤矿深部软岩巷道支护方法

(1)明确支护原理

针对煤矿深部软岩巷道的情况和特点，完善相应的支护方案，保证支护效果

不仅能有效对围岩予以控制，还要对支护时间予以控制。所谓最佳支护时间，就

是将围岩自撑力和以变形为形式转化的工程力达到最大，确保最佳支护时间能满

足工程实际需求。本文以XC煤矿工程项目为例，工程项目SX层为可采煤层，平

均厚度为7.1m，并且区域内地质储量较好，可供开采的煤矿储量约为6700万吨，分为东西两区。其中，东区的倾角为15°以上、西区的倾角为15°以下。结合

煤矿企业制定的基础计划，需要对其进行水平方向的拓展，为了保证稳定性，要

对深部开采软岩巷道进行变形控制，主要是因为检测发展拱部喷体出现了锚索、

锚杆断裂的问题，且变形下沉量超过400mm。另外，深部高应力软岩巷道支护处

理工序中，巷道在开挖处理工作结束后，围岩的应力参数会重新布局，应力高度

集中时巷道围岩进入塑性状态，而在应力向着纵向深层次区域偏移后，其应力的

集中度就会随之降低，围岩的强度则会优化。所以，在原有力学状态基础上，确

保整个支护区域内塑性区域承载效果最佳，且围岩破碎区不会蔓延就是最佳支护

时间段。

(2)确定相关参数

对于高应力软岩结构而言，软化临界载荷参数、软化临界深度是非常关键的

参数，要在全面分析对应属性基础上评估残余构造应力、膨胀应力等。为了保证

煤矿深部开采软岩巷道变形控制工作顺利开展，相关技术部门在落实支护方案前

对工程地质情况进行了二次复查，依据物理岩石力学试验分析和现场地应力测试

分析结果可知，整体区域性煤层结构较为简单，且煤层的条件也比较稳定，是较

为典型的深部高应力软岩巷道，矿区内部走向为“北西-南东”走向为最大主应

力方向，和测试中获取的构造应力场参数维持一致，这就说明构造应力主要是地

应力。基于此，建立匹配的变形处理方案才能减少经济损失。

另外，要确定最佳支护时间和最佳支护时段，在软岩巷道开挖操作中，巷道

围岩变形一般会随着时间的累积逐渐增大，此时，若是按照变形速度对其进行划分，主要分为减速变形阶段、近似线性恒速变形阶段以及加速变形阶段，一旦围

岩结构进入加速变形阶段，岩体自身结构的组织参数就会出现变动，甚至会形成

新的裂纹，整体强度效果也会大大削弱。所以，要依据（PR+PT）-t曲线峰值进

行时间节点的判定，其中，PT表示的是挖掘巷道岩体后围岩向临空区运动的合力；PR表示的是围岩自撑力，也就是围岩本身的强度。而在实际工程项目中，最佳支

护时间的判定难度较大，为了提升判定效果以维持工程实践合理性，选择最佳支

护时间段的判定，就是PR-t和PD-t交换点两侧对应时间点之间的时间段，

[Ts1,Ts2]是最佳支护时间段，此阶段，支护工程施工中只要保持Ts段能建立巷

道永久性支护结构，且（PD+PR）→Max、Ps-Min。其中，PD表示的是以变形为形

式软化的工程力。

(3)分析深部岩层应力特点

第一，在岩层开采深度增加的情况下，岩层的应力状态也会逐渐接近水平应

力状态，此时，岩层的地应力会随着深度的增加而呈现出增加的态势，两者形成

正比例关系。第二，深部岩层在进行对应操作的过程中，巷道受到采动影响的范

围有限，一般是浅部开采的1倍到1.25倍。第三，在实际应用技术处理工序中，要想建立完整且规范合理的技术方案，就要全面分析岩层的应力特征，深部岩层

中岩体的力学性质出现变化，则匹配的围岩性质也会出现变化，岩体单轴抗压强

度会随之增加，这就使得岩石的冲击倾向性逐渐增大，所以，支护处理模式的选

择就要区别于浅部开采，更加关注深部岩层的应力情况，以保证处理工序的安全

性和整体支护稳定性。

(4)优选支护技术

为了保证相应技术内容和技术要点都能落实到位，要结合工程要求和支护标准，完善对应的支护技术方案，确定支护机理和支护时机都能贴合标准需求，避

免经验参数不合理，保证合理修正和优化处理的并行，维持煤矿深部软岩巷道质

量最优。

①让压支护因为煤矿深部软岩巷道的地质结构和工程条件较为复杂，围岩性

质多变，为了提升其稳定性，就要保证支护系统能将变形控制在合理的范围内，

借助让压支护处理模式，实现荷载均匀化的同时，确保锚杆、锚索等能在共同受

力的前提下形成支护一体化结构。尤其是在开挖初期，其变形速率较快，释放最

剧烈，此时，若是单一化的依靠结构刚度或者是强度完成控制收效不佳，所以，

要利用先让压后抗压结合的方式，确保长期稳定性，并且在锚杆的杆体上添加伸

缩装置，发挥让压管的作用，完成围岩结构卸压释放处理，调控锚索的应用状态，延长锚索的使用寿命。与此同时，让压支护处理机制也能对软弱围岩的破碎区、

塑性区等位置予以综合控制，强化软弱面的抗滑能力，从而优化其整体强度，在

调动自身承载力的基础上，发挥支护模式的价值优势，为稳定效果和缩减支护成

本提供保障。②预应力支护第一，预应力支护能对承载结构进行支护稳定性的控制，在煤矿深部开采软岩巷道施工操作中，围岩必然会受到剪切破坏，预应力结

构能打造横向压缩处理模式，最大程度上抵抗横向压缩力，维持整体结构的抗剪

效果，避免破碎问题向着深部蔓延。第二，水平应力的处理也要结合围岩支护难