煤矿软岩巷道支护技术
煤矿软岩巷道支护技术
煤矿软岩巷道支护技术摘要:本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析,概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征,并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题,最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究,具体包括软岩巷道支付的技术关键分析,最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。
关键词:软岩巷道联合支护巷道变形1 软岩的基本概念1.1 软岩的基本概念工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。
目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点,同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小,强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
该定义的主题词是工程力、显著变形和工程岩体。
工程岩体是软岩工程研究的主要对象,是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体,包含岩块、结构面及其空间组合特征。
工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等;显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用,显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、黏弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。
此定义揭示了软岩的相对性实质,即取决于工程力与岩体强度的相互关系。
当工程力一定时,不同岩体,强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性,强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性;对同种岩石,在较低工程力作用下,表现为硬岩的变形特性,在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。
1.2 软岩的工程特性软岩有两个工程特性:软岩临界载荷和软化临界深度,它揭示了软岩的相对性实质。
(1)软化临界深度:与软化临界荷载相对应的存在着软化临界深度。
一般来讲,软化临界深度也是一个客观量。
当巷道的位置大于某一开采深度时,围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护的现象;但当巷道位置较浅,小于某一深度时,大变形、大地压的现象明显消失。
煤矿巷道软岩工程的特点及其支护技术
煤矿巷道软岩工程的特点及其支护技术摘要:近年来,随着煤矿开采深度的增加,许多原来软岩很少的矿区,矿区深部巷道工程均呈现出软岩工程特征。
本文首先简要介绍了煤矿巷道软岩工程的特点,然后介绍了煤矿软岩工程联合支护技术在,最后谈谈锚注技术在开滦东欢坨矿的应用情况。
关键词:软岩工程支护技术煤矿软岩工程支护是当前煤矿安全重要问题之一,软岩引起的矿山井巷的破坏现象非常普遍,严重影响着煤矿生产安全、效率及效益的提高。
软岩工程的稳定与支护技术密不可分,目前矿山软岩巷道已由过去单一的支护形式,逐步发展为各种多次支护和联合支护形式1 煤矿巷道软岩工程的特点地下工程是在岩石或者土体中开挖构筑的结构,所处的环境和受力条件与地面工程有很大不同,因此沿用地面工程的设计理论和方法来解决地下工程问题,显然不能正确地处理地下工程中出现的各种力学现象,当然也不可能由此作出合理的支护设计。
与地面工程相比,地下工程在很多方面具有完全不同的受力特点。
由于煤炭资源开发的不可选择性,随着对煤炭大面积的开采,不断地破坏地应力的平衡状态,同时由于煤系地层的赋存条件、沉积环境以及地质构造等的影响,煤矿软岩问题不可避免。
煤矿的开采深度目前多在500～600 m,超过1000 mm的矿井也越来越多,有些矿井在浅部开采时软岩问题并不明显,但是到深部以后,地应力大、动压作用明显。
煤矿软岩组分中含有大量的膨胀性矿物,围岩软,岩石强度低,易风干脱水而产生塑性流变,尤其易遇水变形、崩解、膨胀。
隧道工程一般服务年限可达百年以上,而煤矿不同用途的巷道与硐室,其服务年限不同,但通常要短于隧道工程,软岩巷道有明显的时限性。
2 煤矿软岩工程联合支护技术在软岩巷道支护方面,由过去单一的被动支护形式逐步发展形成了各种系列支护技术。
如锚喷、锚网喷、锚喷网架、锚喷网架注系列技术,U型钢支护系列技术,注浆加固和预应力锚索支护系列技术,这些技术中的一个突出的特点就是联合支护技术的开发与应用。
基于能量平衡理论的深部软岩巷道支护技术研究
基于能量平衡理论的深部软岩巷道支护技术研究深部软岩巷道支护技术研究摘要：深部软岩巷道的支护是一个复杂而重要的问题，直接影响着巷道的稳定性和工程的安全性。
本文在能量平衡理论的基础上，对深部软岩巷道的变形机理和支护技术进行了研究，并提出了适合于深部软岩巷道支护的几种技术方法，在实际工程中得到了较好的应用效果。
关键词：能量平衡理论，深部软岩巷道，支护技术，变形机理，应用效果一、研究背景和意义近年来，随着矿井、隧道等各种地下工程的不断发展，对深部软岩巷道的支护技术提出了更高的要求。
而深部软岩巷道的复杂变形现象和强烈地应力场，使得其的支护难度也愈发增加。
因此，研究深部软岩巷道的支护技术，对于提高其稳定性和安全性具有重要意义。
在工程实践中，发现深部软岩巷道的破坏主要是由岩体变形导致的。
而深部软岩巷道的变形机理又主要包括岩层的压缩、剪切、膨胀和破碎等过程，其过程复杂且具有随机性。
因此，研究深部软岩巷道的变形机理是提出有效支护技术的前提。
二、分析支护机理1．能量平衡理论基于能量平衡理论的分析，可以看出深部软岩巷道的变形机理是岩体内部能量的转移和转换，主要包括应力能、变形能和摩擦能等。
2．应力集中机理深部软岩巷道的支护机理主要在于应力集中的控制和瞬时变形的消耗，从而实现巷道稳定。
常见的支护方法有钢筋网片、钢筋锚杆、喷射混凝土、支撑型材、加压注浆、预应力锚杆、防冲击压力杆等方法。
三、支护技术实践1．钢筋锚杆支护法这种方法是根据深部软岩巷道的特点，采用钢筋锚杆进行加固。
其优点是运用简单，成本较低，但也具有不足，如缺乏对隧道高应力地区的支护。
2．加压注浆法采用高压注浆强化地基，以增强地质体的支撑性能，提高地质体的载荷能力。
该技术具有施工简便、经济实用、灵活方便等优点，但存在一些缺陷，如控制浆液固结时间和浆液流性，避免注浆过程中泡沫的产生等。
3．预应力锚杆预应力锚杆的优势在于它具有强耐久性和自适应性，能够有效控制岩层的变形，适用于深部软岩巷道的支护。
软岩巷道支护技术
世上无难事，只要肯攀登
软岩巷道支护技术
（一）软岩巷道支护原理（1）巷道支护原理
软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免，应以达到其最大塑性承载能力
为最佳；同时其巨大的塑性能（如膨胀变形能）必须以某种形式释放出来。
软岩支护设计的关键之一是选择变形能释放时间和支护时间。
（2）最佳支护时间和时段
岩石力学理论和工程实际表明，硐室开挖之后，围岩变形逐渐增加。
以变形
速度区分，可划分三个阶段；即减速变形阶段、近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。
最佳支护时间是以变形的形式转化的工程力PR 和围岩自撑力PD 最大，工程支护力最小的支护时间
图7-34 最佳支护时间TS
（二）软岩巷道常用支护形式
（1）锚喷网支护
锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、实用的支护形式。
喷射混凝土能及时
封闭围岩和隔离水。
网不仅可以支承锚杆之间的围岩，并将单个锚杆连结成整个锚杆群，和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。
锚喷网支护允许围岩有一定的变形，支护性能符合对软岩一次支护的要求。
根据围岩条件，也可以不喷射混凝土，仅选用锚网、桁架锚网、钢筋梯锚网、钢带锚网支护，也可以二次喷射混凝土支护。
（2）可缩性金属支架
U 型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性，通过构件
间可缩和弹性变形调节围岩应力。
在支架变形和收缩过程中，保持对围岩的支护阻力，促进围岩应力趋于平衡状态。
我国在U 型钢可缩性金属支架架后充。
关于煤矿软岩巷道支护技术的探讨
浅谈软岩巷道支护技术与应用
米村矿２ 扩大 区轨道石门车场为半 圆拱型断面 ， ６
２ ．软岩巷道多表现为巷道四周受压 ，且为非对称 性，巷道开挖后不仅顶板变形易冒落 ，巷道两帮也容易
出现外 鼓和 冒落 ，同 时也有 可 能产 生强烈 的底 膨现 象 。
净宽３ ０ ｍ ８ ０ ，净高３ ０ ｍ ０ ０ ，壁 厚１０ ｍ ５ ｍ ，全长 约６ ｍ ０ 。巷 道周 围存在老巷较 多，围岩破碎 ，所穿岩层为泥岩 、
３ ．软 岩巷 道 变 形 随矿 升 的开 采 深度 增 加 而 增
术 、成本等方面都具有优 势，因此，多媒体调度通信
将 是 未 来 电力 系 统 调 度 通 信 的发 展 趋 势 。ｌ 盔 ，
参考文 献
【 郭经红．软交换 平台在 下一代 电力通信 网络 中的应 用 Ｉ． １ ］ Ｊ ］
坏 。这 时 如果 用 不适 应 软岩 大 变 形 的 刚 性支 架 ，将 很
断 的提高 ，如锚 网喷一锚索 、架棚 喷浆一 注浆等联合
支护技术 的逐 步发展 成熟，使得巷 道支护有效地得到
改善。
一
快被压垮 ，所 以支护时必须根据这一特点，要在控制
下 允许 软 岩 一 定 的变 形 量 出现 。
杆数量 ，实行多打锚杆 ，使顶 部围岩形成整体 。
三、软岩 巷道 的支护要 求及对 策
根据软岩 的特 点，在支护方面不 能单纯提 高支 护 刚度 的方法 来提 高支护 效果，单 纯提 高支护 刚度会使 巷道 支护体 系迅速遭 到破 坏，经常造成 前掘后翻的局
面 ， 再 者 单 一 支 护 方 式 不 能 更好 的 发挥 支 护 作 用 。软 岩巷 道 支 护 是 支 护 结 构 和 围 岩 结 构 相 互 调 节 ， 相 互 控
煤矿软岩巷道支护技术的研究及发展
值， 不随 时 间的变化而变化 。 当荷 载超 过 这一 临界值 后， 岩层的 塑性 形
４ ． １ 软岩 巷道支 护的技术关键 根据 软岩 的力学特 点， 要使 软 岩巷 道支 护取得成功 要把 握好 三个
变 会出现 明显的 加速 现象 ， 这一 临界 值的 荷载 成 为临 界荷载 。 荷 载小 技术关 键 ： 正确的确 定软岩 变形机制 的复合型 、 将 复合型有效的 转化为 于临 界荷载 时岩层称为硬岩 ， 荷 载超过 临界荷 载后， 岩层的 塑性 形变不 单 一性 和合 理的运 用复合型变性 力学机 制的 转化 技术 。 在 支护设 计时 稳 定， 此 时称 为软岩 。 另外一 个特性 是软化 临界深 度， 软化 临界深度与 不能只进行单一型的支护 设计， 要根据每 个受力点的力学特 性使用联 合 软化临 界荷载时 相对应 的。 当巷 道深度小于某一深 度时， 岩层变形 不 明 支护方式 ， 设计 最适合 复合型变形力学特点 的支护方案 ， 确保软 岩巷道 显， 不会 出现 大变 形 ， 但是 当巷 道位置超 过这一深 度后， 岩层会有 明显 支护的综合性 能。
２ ． 软岩巷道变形破坏的原因及特点
随着 煤 矿的 开采 ， 巷 道深 度的 不断 增加 ， 巷 道围岩构 造也 越来 越 塑性工作 状态 ， 形成塑性 区。 此 时如果 没有 及时有效 的进行支 护处理 ， 复杂 ， 如 果围岩处于 软岩层就容 易造成巷道 的不稳定 ， 引起巷道 四壁 的 塑性 区就会发生较 为严重 的形变 ， 从 而形成松 动破坏 区。 松动破 坏区不
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【 摘要】本文主要对软岩的概念进行了简 单的介绍， 并指出了 如今煤 拱 肩和巷 道拱部变形尤 为严重， 经常出现 凸起和墙体开裂等现 象。
高应力软岩巷道支护及治理技术
高应力软岩巷道支护及治理技术发布时间：2021-11-09T07:18:54.942Z 来源：《科学与技术》2021年6月17期作者：赵小强[导读] 根据矿井高应力松软岩石巷道支护要求的具体情况赵小强（甘肃华亭煤电股份有限公司华亭煤矿，甘肃华亭 744100）摘要：根据矿井高应力松软岩石巷道支护要求的具体情况，研究应用高强度锚杆配合钢筋混凝土、底板锚注全断面支护技术，解决高应力软岩巷道支护问题，取得了显著成效。
关键词：高应力；软岩巷道；高强度锚杆；钢筋混凝土；全断面支护；锚注1 概况华亭煤矿是一座设计生产能力400万吨/年的高产高效矿井，可采煤层为煤5层，属特厚煤层；生产水平为+840m水平，属于近水平煤层，顶板岩性多为泥岩，次为粉砂岩，局部为砂岩，属不稳定顶板；底板岩性较为复杂，有泥质胶结的中、粗砂岩，以砂岩为主，常具有似鲕状结构。
2 初设软岩巷道掘进支护情况大巷穿煤层施工进入煤层顶板后，工作面岩层松软，多为泥岩，工作面后部巷道开始底臌、拱顶下沉、两帮收敛，轨道运输系统被破坏，掘进施工困难。
为了加快工程进度，工作面继续掘进，后巷起底、打锚杆进行维修，维持正常生产，因后部巷道严重底臌，多次起底，两帮受压变形加剧，运料困难，被迫停产维修。
3、巷道破坏原因分析（1）岩石松软，地应力大。
巷道穿煤层布置，大多巷道布置在煤层顶板中，多泥岩和粉砂岩，层理发育，松软破碎，埋藏深度大，受开采和地表塌陷影响，造成地应力集中，围岩压力大，巷道掘进支护困难，易底臌、片帮、冒顶，支护难度大。
（2）锚杆长度较短，间排距大，支护强度小。
巷道采用直径20mm、长度2000mm的D20-M22-2000型高强度螺纹钢锚杆支护，间排距为800mm。
由于锚杆长度短，间排距过大，支护强度小，在强大的地应力及构造应力作用下，造成巷道底臌变形。
（3）巷道未封底，支护结构不合理。
松软岩石巷道底部松软，不能靠围岩自身形成闭合承载环，底板受力差，受压力作用引起底臌变形和两帮及顶部支护破坏，巷道多次大量起底又加剧了巷道的变形和破坏。
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煤矿软岩巷道支护技术
发表时间：2018-02-26T10:42:14.743Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：张晓赟
[导读] 摘要：一般而言，在煤矿巷道形成后，岩层受力均衡状况被打破，特别是岩层的应力会重组从而达到新的平衡，但一旦切向力作用过大，而反作用力不断减小，则会导致岩壁受力处于极端状态，而这种受力不均衡的情况也会逐步朝着巷道周围进行蔓延，最后导致岩壁异常拓展及变形，受力条件也在不断恶化。
太原理工大学山西太原 030000
摘要：一般而言，在煤矿巷道形成后，岩层受力均衡状况被打破，特别是岩层的应力会重组从而达到新的平衡，但一旦切向力作用过大，而反作用力不断减小，则会导致岩壁受力处于极端状态，而这种受力不均衡的情况也会逐步朝着巷道周围进行蔓延，最后导致岩壁异常拓展及变形，受力条件也在不断恶化。
要避免严重事故发生，则需对巷道岩层进行支护，特别是一些质地较软的岩层，更需要采用科学的支护方案。
要让软岩巷道支护保持能达到预期效果，则需采用科学有效的支护技术与方法。
就此将从煤矿软岩巷道支护技术应用方面入手，进行具体分析与探讨。
关键词：煤矿软岩；巷道；支护技术
引言
煤矿是十分重要的能源，煤矿消耗量巨大，而煤炭的储量却在逐年下降，煤矿层的深度也越来越大。
煤矿井下作业环境恶劣，如果地质条件比较差，则会造成煤矿井下作业危险度增加，需要结合实际情况选用巷道施工支护技术。
基于此，对煤矿井下软岩巷道施工支护技术进行深入研究意义重大。
1 巷道支护理论概述
煤矿巷道支护理论是煤矿支护理论的一个基础性内容，从古至今，人们始终没有停止过对能源的开采和应用，而煤矿巷道支护技术也已经有了十几种理论形式，其中较为常见的就是悬吊理论、加固理论、最大水平应力理论等，其中悬吊理论主要就是应用于软围岩巷道顶板锚杆技术，在实际的煤矿开采中，虽然这种巷道技术较为少见，应用也不多，但是这种悬吊理论却能够更加直观地为煤矿开采给予帮助。
而加固理论则从宏观的角度分析了煤矿巷道的内部结构，加固理论也具有自身的特点和结构特征，一般情况下都是在被纵横交错的弱面切割的岩层中安装锚杆，这样可以提升煤矿内部巷道的稳定性。
除此之外，最为常见的就是澳大利亚锚杆支护技术，该种技术在某种程度上可以克服水平应力，避免巷道内部出现变形、破裂等问题。
但是澳大利亚锚杆支护技术也有着一定的应用范围，通常情况下更适用于巷道平行于最大水平应用力，而其并不适用于垂直水平应用力。
2 软岩巷道支护特点
从科学的角度上来看，软岩巷道主要就是指容易风化、土质黏结性差、土质松软、稳定性差的岩石等，由于软岩石巷道硬度较差，很容易受到外界环境和因素的影响，所以在对这类煤矿进行巷道支护设计的时候应该格外注意。
如果需要用数据来判断的话，通常就是松动圈厚度达到1.5m以上的被称之为软岩。
从我国目前的地形上来看，软岩的分布并没有规律，很多地区都有软岩分布，通常情况下成岩土层较为深厚并且年代久远，其岩层无论强度大小都被称之为软岩。
软岩的自身性质也将会决定巷道的实际特点。
不同程度的软岩也应该有着具体的划分，并不是所有的软岩都符合同一情况的巷道设置。
可见软岩巷道支护具有一定的要求和特点，只有站在正确的角度去分析和理解问题，才会更好地设置巷道内部的结构，为实现巷道支护体系的完善性奠定坚实的基础。
2 目前国内软岩巷道主要支护方法
2.1 全部刚性类
全部刚性类主要是指闭合钢架、完整预制模板、现场浇筑混凝土等方面的支护。
当然，由于支护刚性增加，围岩受到的压力也会更多，所以即便是支护可靠性增强，岩层负载未曾减少，且支架改变与损坏问题未能解决。
因此，这类支护并不能很好地协调围岩和支架的受力关系，且无法将刚性及强度配合巷道受到严重形变与压力的围岩进行配合，也会导致更多新问题产生，即如岩层断层增加、工作效率减少、资金投入过大等。
2.2 科学设计巷道位置
（1）在设计巷道前需要对矿井下水文地质情况、工程地质特点、应力场分布、岩层岩性等进行真实而完整的调查，以保障巷道设计的科学性。
（2）在进行大巷道布设时，走向的选择应该尽可能地与应力的方向相平行。
同时，还需要避免不同节理发育带、断层等情况。
（3）在设计巷道的过程中应该尽量保持简单明了，避免空间的交错重叠。
同时，矿井下峒室的施工过程需要按照巷道的实际情况来调整顺序。
2.3 U型钢伸缩类
按照软岩体积可变的特征进行设定支架，而这种支护主要是针对已出现体积形变的岩层或断层破裂位置的支撑。
而且其优势在于具有较强的可变性，此外本身也具备更多的承受与支撑能力；从而保证支架受到的力与围岩应力完全相反，也就是说在特定情况中支架本身可进行伸缩，而对应的负荷量也会出现增大减小等调整，从而保证支护效果的有效改进。
不过，在现实运用时，考虑到U型钢伸缩类支架的最大承重力往往无法体现。
导致问题的主要因素是，巷道挖掘及支护技术都无法解决支架背面出现各类规格的空洞，从而导致支架附和围岩接触面十分不均匀。
一旦围岩形变，支架由于综合负载的总体作用而出现崩塌形变，而且受力条件较差，往往会因为弯曲、扭转等形变情况而无法进行支撑；此外，由于对支护阻力有更加严苛的要求，对于钢制架的质量也要求越大，这也间接加大了钢材用量，提升支护资金投入。
2.4 综合类
综合支护就是不同的支护方式进行组合，如：锚喷组合注浆加固、U 型钢伸缩配合注浆等。
无论哪种综合支护方式，都需按照软岩巷道围岩特征及具体情况进行挑选和运用，且需明确科学的支护方案及数据。
此外，锚喷支护应作为优先选择，因为其具有更强的适用性与功能性，能满足一些复杂条件下的支护。
此外软岩属于难以找到支点的岩体，因而支护存在难度性，而针对软岩巷道，综合类支护技术的运用需注意以下几方面的问题：a）尽量向外岩层给予抗拒力从而调整岩体的整体受力情况，避免出现碎裂、形变问题，也能保证围岩的稳固性，当然，在岩体内部入手，则需强化其强度，从而保证具有更强的负荷承受力；b）U 型钢伸缩类支架的泛用性较强，但考虑支护成本的问题，可局部采用；且设置支护后，无论在填补还是施工方面，最终效果往往会对支护情况造成一定作用；c）锚喷支护是目前较为先进
的支护方式，因为其兼具强度、弹性及支护范围大的特点，可用于各类复杂岩层结构中。
3 高应力软岩巷道支护施工实例
该煤矿井田高度差较大，最深处有1081m，最低处是443m，巷道围岩由多种岩石组成，主要有灰岩、细砂岩和泥岩等。
该煤矿的瓦斯和煤储量丰富，矿井内的应力很高，水平应力大约为竖直的自重应力的2倍左右，水平应力相当大。
（1）锚梁网联合支护：首先采用光面爆破技术挖掘巷道，在爆破以后初喷，并迅速打好锚孔，然后在锚孔中安装锚杆，同时把钢丝网和钢梁挂好作为第一次支护，最后喷射混凝土进行第二次支护。
（2）锚梁网和锚索联合支护：首先使用光面爆破技术挖掘巷道，在爆破之后进行初喷并打好锚孔，然后在锚孔中安装锚杆，同时把钢丝网和钢梁挂好作为第一次支护，然后喷射混凝土进行第二次支护，最后在巷道靠近顶部两侧打上锚索加强支护。
结束语
要保证煤矿作业的安全性，需加大对作业岩层的支护保护，而传统的刚性支护往往无法适用于各类复杂环境中，所以需对支护方式与设备进行改良，同时注意不仅需对顶部岩层进行支护，还需注意底部岩层的垫护，才能达到真正的支护效果。
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