1、软岩矿井巷道掘进顶板支护分析 赵立伟 大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司 摘 要： 介绍软岩矿井巷道的特征, 分析软岩矿井巷道掘进顶板支护存在的问题, 以及软岩矿井巷道掘进顶板支护效果的影响因素, 提出提升软岩矿井巷道掘进顶板支护效果的途径, 主要包括加大顶板强度、控制软岩流变程度、采用新奥法施工技术。关键词： 软岩矿井; 巷道掘进; 顶板支护; 解决策略; 作者简介：赵立伟 (1989) , 男, 毕业于河南理工大学, 学士, 助理工程师。收稿日期：2017-10-12Analysis on Roof Support of Roadway Driving in Soft Rock Mi
2、neZhao Liwei Hongtai Mine Construction Engineering Co., Ltd.of Datong Coal Mine Group; Abstract： This paper introduces the characteristics of soft rock mine roadway in soft rock mine roadway excavation, analyzes the roof support problems, and soft rock mine roadway roof supporting effect factors, pu
3、t forward to improve the soft rock mine roadway roof support way, including increasing the strength of roof control, degree of soft rock rheology, the new Austrian Tunneling method.Keyword： soft rock mine; roadway excavation; roof support; solution strategy; Received： 2017-10-12引言煤炭资源的开发利用对中国经济的发展具有
4、十分重要的影响, 而中国经济的迅速发展也使煤炭资源的需求量越来越大, 致使煤矿掘进技术的要求也越来越高。为此, 对煤矿掘进工作进行研究分析, 找出其中存在的问题并加以解决具有不可忽视的现实意义, 而软岩矿井巷道掘进顶板支护对矿井安全性的决定作用使其受到关注。1 软岩矿井巷道特征1.1 软岩变形难以察觉软岩矿井中巷道形成初期, 由于人为原因改变的软岩膨胀力和挤压力造成的必然变形不会马上出现, 但在巷道使用时间逐渐增长后, 变形的效果会逐渐累积, 最终导致矿井崩塌, 容易造成安全事故1。1.2 巷道变形速度快软岩矿井中巷道变形初期虽然难以察觉, 但其变形速度较快, 留给工作人员的预防时间很少, 对
5、矿井的安全性造成很大威胁。1.3 矿井底部受损严重煤矿的开采工作对矿原来自然形成的稳定性造成了影响, 易使矿内膨胀压力变大, 过量的压力导致底部严重受损, 这种情况下, 煤层顶板支护的围岩由于其材质特性极易膨胀移位。而支护面在承受了巨大压力的状态下容易造成墙拱变形, 最终导致矿井塌陷。1.4 围岩与支架不易协调煤矿巷道的掘进对软岩围岩的影响很大, 为了防止安全事故的发生, 工作人员会建造具有合适强度和柔韧性的支架避免围岩变形, 但支架的强度和柔韧性难以把握。2 软岩矿井掘进顶板支护存在问题2.1 围岩受压变形, 严重破坏支护在软岩矿井的巷道掘进工作中, 巷道围岩的受力情况会发生变化, 其所受膨
6、胀压力和挤压力的增大导致围岩变形严重2。此外, 软岩的特殊性使其在受到过多膨胀力和挤压力的情况下会对顶板支护造成严重破坏。2.2 软岩易移动, 支护难度高外力的变化使软岩稳定性降低, 而围岩的特殊属性使其容易丧失稳定。顶板支护工作在围岩不稳定的情况下不易进行, 巷道维护的难度也直线上升。此外, 围岩受压移动也对矿井通风和运输工作带来了许多困难, 对工作人员的生命安全造成威胁。而在岩石硬度小、受压强的软岩矿井中普通的支护设备不能满足实际需求, 这也是致使支护难度上升的重要因素。3 软岩矿井巷道掘进顶板支护影响因素3.1 巷道因素一条巷道的成功完成表示在破坏矿内力的自然平衡之后建立新平衡。但在巷道
7、数量比较多且相对集中的区域开挖新的巷道将会破坏新建的平衡, 且巷道情况的不同必然会导致其新平衡建立存在矛盾, 如巷道对膨胀力的承受能力和实际受压情况难以协调。3.2 岩体因素不同矿井的地质应力场都具有独特性, 因此矿井之间的主要地应力也存在一定差距。主地应力对巷道的影响十分重要, 尤其是它的方向, 是巷道方向的主要决定因素。此外, 软岩的性质也会影响巷道的稳定性与安全性。如果软岩中存在容易被风和水改变膨胀程度的黏土质矿物, 围岩就容易移动, 对巷道安全性造成威胁。3.3 自然因素自然因素对软岩矿井的岩石影响作用强, 因此会对顶板支护的优劣产生影响。软岩对水的吸收性较普通岩石强很多, 多种岩石成
8、分接触水分后易碎裂, 由石块变成泥土或颗粒物, 甚至进一步变成泥浆3。岩石本身具有的膨胀力容易导致其产生位移, 再加上岩石的解体和泥浆化, 对巷道的稳定性造成挑战, 巷道在这种情况下毁坏速度加快。此外, 风也会破坏巷道的稳定性。巷道开掘过程需要注意的因素繁杂, 掘进后的封闭工作注意事项也不少。优良的封闭工作能使岩石的湿度保持稳定, 进而维持岩体。如果封闭工作不到位, 巷道内进风会风干岩层, 降低岩体的湿度, 从而降低巷道安全性。3.4 人为因素软岩矿井巷道掘进顶板支护还存在一个难题。普通的矿井掘进工作中顶板支护难度不高, 但在矿井深度加深的情况下, 顶板支护的难度会逐渐增大。而随着煤矿回采面面
9、积的增大, 煤矿所受的挤压力也会在一定程度上增大, 致使煤层顶板脱落, 给顶板支护造成更大的阻碍。此外, 掘进工作中用到爆破技术时, 传统炮眼较大, 对周围的巷道会产生影响, 使岩体松动范围增大。4 软岩矿井巷道掘进顶板支护强化策略4.1 加大顶板强度根据软岩矿井巷道的特点、巷道掘进顶板支护现存问题及支护影响因素, 顶板的强度对支护效果的影响作用不言而喻。为此, 要提高软岩矿井巷道掘进顶板支护工作的水平, 解决顶板支护中存在的问题, 就必须加大顶板强度, 强化顶板对压力的承受能力。在巷道的支护过程中, 无论支护结构和支护设备如何, 都应争取采用光面爆破的手段开展巷道掘进工作, 并通过锚喷支护巷
10、道, 这是最大限度的保持围岩稳定性和完整性的方法, 能有效控制围岩的稳定性, 降低外力对岩体产生的松弛压力。这种方法还可以使顶板通过自身结构增强自身对压力的承受能力, 并加强围岩与支护的配合度, 使围岩和支护共同作用顶板支护。4.2 控制流变程度由于软岩的特殊性质, 软岩矿井巷道掘进过程中顶板会比一般情况更加松软, 这意味着工作人员必须尽力控制流变程度, 而不能只注重掘进进程, 忽略保护措施。在掘进过程中遇到顶板松软的状况时, 掘进工作人员应采取“短掘短砌”的方法, 即在掘进一部分巷道后立即对其进行永久性支护, 使钢性支护结构能被充分固定, 防止因软岩流变发生膨胀变形导致的巷道塌陷事故发生。工
11、作人员要想最大限度的控制流变除了采取“短掘短砌”的掘进方法, 还应注意另一点。当支护结构部分破裂失去支护作用时不能大规模的进行返修。为此, 在软岩层进行有关工作时, 及时封闭已掘进的巷道很重要, 及时采取支护措施, 最大程度的控制流变。但在流变已经发生的情况下, 应优先通过锚喷进行临时支护, 抑制流变程度, 使巷道变形情况得到控制, 让支护结构与围岩压力共同作用。临时支护完成后, 要及时开展永久性支护工作, 使巷道得到彻底的维护。4.3 防止自然因素对巷道造成不利影响震动、风、水等自然因素都能通过改变岩体对巷道造成不利影响, 为此, 必须采取措施防止这些因素对巷道变形产生不利影响。自然的震动人
12、无能为力, 但对于爆破时造成的震动, 工作人员可以通过尽量避免大炮的使用减少震动。风干和水湿需要在巷道掘进完成后及时做好封闭工作, 避免风和水的透进。4.4 采用新奥法施工技术以前采用的设计方法一般是“一锤定音”。若巷道遭到破坏, 需要返修, 通常还会使用原来设计的支护结构。但大量的实践证明, 传统的设计、施工管理、支护技术不能适用于发展中的社会, 不适应岩石力学性质变化规律, 难以满足实际需求。为此, 施工设计、管理及支护技术和结构都应与时俱进, 对旧的内容进行科学合理的修正。新奥施工技术的本质是注重进行检测。新奥施工技术能在检测工程中采集具体数据, 及时了解实际施工情况, 对设计、管理以及
13、支护中存在的问题及时解决。锚喷支护是新奥施工技术的新手段, 能有效控制围岩变形, 因为锚杆能对岩体起到加固的作用。岩体在受到锚杆加固后, 对压力的承受能力大幅提升。而围岩紧贴喷层可以使围岩得到很好地封闭防止风干和水浸湿等降低岩体稳定性。5 结语软岩矿井巷道掘进顶板支护对维护巷道稳定性和安全性有着无可替代的重要作用, 但目前此项工作仍存在许多问题, 因此必须提高此项工作水平, 加强支护。这可以从增强顶板承载力、控制流变、防止风干水浸湿、采取新奥法施工技术做起。参考文献1王传绳.浅析软岩矿井巷道掘进顶板支护J.能源与节能, 2014 (12) :19-20;25. 2李鑫, 王海锐, 刘文虎, 等.浅析软岩矿井巷道掘进顶板支护J.科技与企业, 2014 (22) :84. 3焦潞平.浅谈软岩巷道的顶板支护技术J.技术与市场, 2016, 23 (1) :57-58.
