煤礦深部軟巖支護技術探討

為了滿足我國的能源需求煤礦開采深度逐年增加，同時煤礦圍壓也不斷加大，深部軟巖巷道的支護和維護逐漸成為了煤炭開采、巷道支護研究的重要課題，我國學者為軟巖巷道支護理論的發展作出了巨大的貢獻。本文闡述了軟巖的定義、常用的軟巖巷道支護理論和支護技術，并在此基礎上提出了我國軟巖巷道開采需要進一步研究的問題2 軟巖的定義
　　軟巖大多數為粉砂巖、泥巖、頁巖、或富含膨脹性黏土的松軟巖石。通常情況下，我們把軟巖定義為單軸抗壓強度小于25MPA的巖石，這類巖石往往結構松軟、風化嚴重、孔隙率高、或富含大量的膨脹性黏土。
　　1   國內軟巖巷道支護理論
　　我國對于軟巖巷道支護的研究從1950年左右開始，經歷了大概70年的快速發展，我國形成了以下幾種具有代表性巷道支護理論;
　　（1）于學馥等人最早在1950年左右提出“軸變理論”：軸變理論認為當巷道圍巖的應力超過巖體應力極限時，巷道會發生塌落破壞，塌落使得巷道發生內力重分布，從而達到更為穩定的巷道軸比，應力分布均勻的巷道最為穩定。
　　（2）馮豫、鄭雨天、朱效嘉、等人提出了“聯合支護理論。該理論提出對于軟巖的巷道支護，要先進行柔性支護然后進行剛性支護，巷道開挖要適當讓壓使巷道適度變形，然后進行穩定的二次支護。
　　（3）董方庭教授等人提出了“圍巖松動圈理論”。松動圈理論把巷道開挖形成的松軟、破碎的巖石帶稱為圍巖松動圈。開挖擾動、圍巖的地質條件都會影響圍巖松動圈的大小，松動圈越大說明圍巖的應力高、變形大、受破壞程度高，巷道支護困難度加大。
　　（4）何滿潮教授首次提出了“關鍵部位耦合支護理論”;認為由于巷道巖體強度、剛度、結構等方面的不耦合，會導致巷道支護結構的破壞，巷道支護就是要運用合理的支護手段，使其耦合確保圍巖的穩定性。
　　2   軟巖巷道支護技術
　　2.1 砌碹支護
　　砌碹支護包括磚石襯砌和混凝土襯砌，是對巷道的一種永久性支護方式，這種巷道支護方式堅固耐久但是施工周期比較長，建筑材料用量大，在巷道圍壓得作用下往往會出現開裂冒落，當圍巖應力增加時很難控制巷道變形。
　　2.2 U型鋼可縮性支架支護
　　U型鋼可縮性支架也是目前我國比較常用的一種軟巖巷道圍巖支護方式，U型鋼支架相對于傳統的砌碹支護技術來支護的施工工期較短、施工相對簡單，除此之外可伸縮鋼架具有更加卓越的彈塑性能，對巷道圍巖有更好的承載能力，但是U型鋼支架支護前期的資金投入相對較高，支護受巷道斷面的影響較大，在巖石破碎區域回收困難，巷道表面的平整度也會對U 型鋼支架的效果產生重要影響。
　　2.3 錨噴支護
　　錨噴技術是將錨桿支護和噴漿技術結合起來的聯合支護技，錨桿技術從20世紀90年底在我國迅速發展，隨著工業技術的發展錨桿由低強度轉變成高強度，低預應力到高預應力甚至超高預應力。通過將錨桿錨入圍巖內錨桿與圍巖表面的摩擦力，摩擦力的增加使得巷道圍巖穩定性進一步提高。噴漿技術利用壓縮空氣將混凝土拌合料噴射于巖壁表面，加固圍巖，防止巖塊的松動剝落，錨桿支護技術和噴漿技術相互結合起來，有效的發揮軟巖巷道圍巖的承載能力，提高圍巖的整體穩定性和可靠性。
　　2.4 錨注支護
　　錨注支護是將錨桿支護和注漿加固結合起來，先通過錨桿使得圍巖應力分布均勻，再通過向錨桿孔注漿的方式將錨桿和圍巖連成整體，進一步提高了破碎巖體與錨桿間的摩擦力、錨固力，使得巷道圍巖的整體穩定性進一步增強。這種巷道支護手段常用于軟弱、破碎圍巖的支護，是現在比較常用的巷道軟巖支護方式之一。
　　2.5 聯合支護
　　聯合支護技術是為了滿足煤礦生產要求發展起來的。經過無數的工程案例，我國的學者們發現單一的巷道軟巖支護方式很難滿足巷道穩定、耐久的生產要求，許多軟巖巷道返修率很高、且返修危險性較高，高反修率對生產效率產生了很大的影響伴隨著的是經濟效益的損失。聯合支護技術在我國的發展比較迅速，，現在常用的聯合支護技術有很多，比如錨噴技術與U型可伸縮鋼架結合、錨注技術與U型可伸縮鋼架結合、錨網索噴與U型可伸縮鋼架結合、錨網與鋼桁架結合、錨噴網等，軟巖巷道聯合支護技術不僅僅是單純的運用兩種或以上的支護技術而是針對巷道的地質條件、圍巖的受力狀態，選擇相應的支護方式，充分發揮不同支護技術的優點，在提高軟巖巷道的穩定性、可靠性的同時具有良好的經濟效益。
　　3   展望
　　我國軟巖支護技術經歷了70年左右的發展取得了許多輝煌的成就，無數學者們的辛勤付出為推動我國軟巖巷道支護技術的發展起到了至關重要的作用。但是由于我國煤礦地質條件復雜，煤礦開采深度的提高，軟巖巷道支護仍有許多新的問題需要研究。
　　（1）我國軟巖巷道的地質情況復雜多變，在種類繁多的巷道支護技術如何選擇最為經濟、實用、耐久、安全的巷道支護技術，又如何對支護結構設計、參數設計進行優化，做到經濟效益的最大化。
　　（2）我國巷道掘進和支護速度總體較慢，如何在提高軟巖巷道掘進速度的同時保證巷道支護的穩定性、安全性、耐久性、經濟性，這也是我們需要進進一步研究的課題。
　　（3）我國的巷道檢測技術相對落后，如何提高檢測技術監測圍巖的變形，為巷道支護技術提供更好的選擇方案服務。我國的巷道支護參數設計大多以經驗為主，缺少定量化設計，不同巷道支護技術的作用機理還需要進一步深入研究。