维普资讯 http://www.cqvip.com 总第９２期 软岩巷道变形破坏原因分析与对策 王凤鸣，赵建军，李明泽 （鹤壁中泰矿业有限公司，河南鹤壁４５８０１０） 摘要：通过对大量软岩巷道支护方式的实践，介绍了鹤壁四矿软岩巷道的变形破坏特征、破坏机理，提出 了软岩巷道支护对策。 关键词：软岩巷道；变形破坏；支护对策 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—２７９８（２００７）０６—００５３—０２ 鹤壁四矿是１９６０年投产的水采矿井，１９９２年 必须以某种形式释放出来。多年工程实践表明，无 改扩建，现矿井实际能力达１５０万ｔ。矿井进入二水 论是新开巷道还是返修巷道，其围岩变形破坏不是 平以来，在采区开采动压作用下，处在裂隙发育、 均匀、整体性的破坏，而是巷道的一个或几个部位 岩性较差的软岩巷道，变形严重，有的发生塌落破 首先开始变形、损伤、破坏，进而导致整个支护体 坏。导致大巷和一些硐室不能正常使用，严重影响 失稳。因而软岩巷道支护的重心是要解决“关键部 矿井生产和运输。四矿在近１（）多年的反复实践， 位”问题。鹤壁四矿原支护体失败下滑的原因，就 通过对变形破坏特征的分析，找出在软岩巷道支护 是未能解决好巷道围岩和支护体间的相互作用，使 方面的对策，取得了良好的技 效果和经济利益。 得支护体和围岩在强度、刚度和结构上不匹配。因 ｌ机理和特征 而放弃刚性支护方式，采用“先柔后刚，先让后 抗”的柔性支护，如锚喷、锚索和可缩性支架支 软岩以其大变形、大地压、难支护特征一直 护，在保证巷道初期安全条件下允许围岩在控制下 困扰着煤矿生产。随开采深度、强度的增加和地质 变形。其次是，对于特别破碎的围岩，壁后充填注 条件渐趋复杂，问题越来越明显暴露出来。复合型 浆，隔绝空气，加固围岩，变被动为主动支护。 软岩，是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的 ２．１锚喷网支护 工程岩体。软弱破碎等岩性较差岩体在静压下能保 软岩巷道在围岩变形量不是很大情况下，锚喷 持安全使用，在动压下能产生 显著塑性变形而发生 支护是一种较成功的方法。锚杆的允许变形量一般 破坏的岩体。其破坏是受工程 力（地应力、构造应 可达２００ ｍｍ以内，有的甚至更大，具有一定强度 力、水应力、工程扰动力及膨胀应力等）的影响。 又有柔性。使用锚喷网支护，用金属网提高喷层的 鹤壁四矿主要是受工程扰动力影响。受影响时，围 抗剪、抗拉强度，增强其整体性、抗变性以及防开 岩应力成倍急剧增长，巷道变形非常大，难支护， 裂的能力。由于金属网的整体连接，喷层一旦开裂 如不及时控制，巷道很快被破坏。 也不便于脱落，可以防止破碎岩石的冒落。 软岩普通支护巷道的破坏特征是：开挖初期围 与料石砌碹、钢筋砼、金属棚等刚性支护相 岩就发生变形，开挖几天后变形量迅速增加，并产 比，锚喷网支护还具有巷道开挖后立即喷一层混凝 生大变形，大幅度释放其变形能，巷道支架发生变 土，可以及时封闭密贴围岩并隔离水、风对围岩的 形；短期内钢架产生严重变形，甚至发生断裂；在 破坏，减少膨胀、泥化、剥落的可能性的优点。 节理发育段容易出现塌方和冒顶。 因而四矿在西翼六采区一、二轨道和一３４０ ｍ轨道 ２支护对策 巷、回风巷中，均采用锚喷网支护。 鉴于软岩巷道支护理论与计算有待完善和发 软岩巷道支护和硬岩巷道支护原理截然不同。 展，对此类轨道锚杆支护，采取工程类比法简 这是由其结构关系所决定。硬：岩巷道支护，不允许 单易行。锚杆采用１．６ ｍ金属管缝式锚杆或１．８ ｍ 硬岩进入塑性，因进入塑性状态的硬岩将丧失承载 ×Ｄ１８ ｍｍ金属树脂锚杆，间排距０．７ ｍ×０．７ ｍ， 能力；软岩巷道另一独特之处：是，其巨大的塑性能 挂金属菱形网，网￣Ｉ，６０ ｍｍ×６０ ｍｍ。采用管缝式 收稿日期：２００７—０５—２５ 作者简介：王凤鸣（１９６８一），男，河南鹤壁人，助理工程师，现从事煤矿技术管理工作。 ５３ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年６月 王凤鸣等：软岩巷道变形破坏原因分析－９对策 第１６卷第６期 锚杆，能充分发挥其初撑力大的优点，迅速加固 段３部分。锚索施加预应力后，可提高支护刚度， 围岩。该４条巷道受２６０２、２６０４、２６０８、２６１２、 对围岩有非常好的控制流变和加固作用。我们采用 ２６１４高档综采（或综放）工作面多次采动影响，除 预应力锚索与倒楔式锚杆相结合，并进行了壁后注 个别地方浆皮开裂脱落外，其他地方变形很小，稍 浆。上述２１０３、２１０５１和２５０５２，３个工作面分别于 加锚喷维修就可安全使用。 １９８５ １９８９年３次跨越硐室群开采。除局部需补强 ２．２ 锚喷网ＪＪ，ｕ型钢可缩性支架支护 加固外，硐室群保持了稳定。使用预应力锚索支护 随着煤矿机械化程度的提高，跨越上下山和大 综合技术，取得了成功。 巷开采越来越多。对于旱采长壁工作面，跨巷开采 的矿压显现和控制技术已经成功。２３０５工作面跨 ２．４ 高水材料壁后充填注浆加固 胶带暗斜井尾段（以下简称斜井平巷）是矿井改 ２３０５岩中巷下段分层开采４次，岩中巷稍加维修就 扩建的关键Ｉ生工程之一。是矿井运输的咽喉要道， 可安全使用。由于水采为无支护短壁开采，矿压显 现剧烈。１９９２年，二水平南翼２３０５水采工作面跨 巷（２３０５岩中巷上段）回采时，巷道冒落堵死， 严重影响了矿井南翼的安全通风。可见，水采工作 面动压强度大是巷道破坏的主要原因。所以，在水 采动压和其他因素影响下，巷道不能保持稳定。 １９９４年，西翼四采区水采投产后，水采工作面 要跨越一２００ ｍ运输大巷、通风下山、西翼总回风等 主要运输通风巷道开采。跨采巷道一垮落，将造成 矿井西翼生产地区停产，所跨巷道皆为７Ｏ年代施工 巷道，巷道爆破成型不好，采用１．６ ｍ×Ｄ１４ ｍｍ金 属倒楔式锚杆喷射混凝土支护。局部巷道已整修过 多次，距二下煤层底板垂距为１３—１９ ｍ，围岩为 砂岩砂质泥岩。为保证垮采巷道稳定，抵抗工作面 垮采矿山支承压力的影响，跨采巷道必须加固，增 加巷道支护强度，采用Ｕ２５可缩性支架加固，棚 距０．７ ｍ；并采用暂留煤柱，避免重复采动影响等 安全措施，顺利跨越诸巷道。工作面跨巷回采后， 工作面采空区下方巷道稳定性较好，并且有利于巷 道长期维护，改善了巷道受力状态，降低了维护费 用，ｕ 棚收缩变形量不大，均可回收复用。 ２．３ 预应力锚索支护 鹤壁四矿在回采２１０３和２１０５工作面时，需对 下方的大型提升站加固。该提升站由筛机硐室、破 碎机硐室、煤水调节仓、立式仓、清水泵房、污水 泵房、内外水仓、污水仓和变电所等十余个硐室 组成。整个硐室群长１９０ ｍ，宽９５ ｍ，总面积１．８ 万ｍ ，巷道全长１ ３４１ ｍ，安装设备８Ｏ台，担负四 矿原煤提升和安全排水任务，是整个矿井的心脏。 １９８４—１９８５年，我们在全国煤炭系统首次使用了 预应力锚索综合支护技术。所谓锚索，是由多股钢 丝绳或钢绞线或高强度钢丝拧合而成的较大直径和 长度的柔性支护体，前后两端分别由锚头和垫板 固定。施工时，先由钻机打孔，然后插入锚索， 注入水泥浆，再以螺帽压紧垫板。安装好的锚索 从里向外，分别为内锚固段、自由伸缩段和外锚 ５４ 服务时间长达几十年。由于围岩松软、上覆煤层的 支承压力有静压和动压、断层和支护等原因，这段 巷道维护非常困难。尚未投入使用便遭到严重破 坏。一开始采用锚喷支护，巷道全部压垮挤死而彻 底报废；底臌高达１ ｍ多以后，又在原来位置重新 套掘巷道。先后采用混凝土碹，ｕ， 马蹄形可缩性 支护，无法控制围岩的持续剧烈活动。后与中国矿 大合作，采用高水灰渣材料支架壁后充填，帮底注 浆加固综合治理斜井平巷的技术。具体方法为：对 已经折损的“ｕ”型钢棚重新修复架设，破坏严重 的重新架“ｕ”棚支护，帮顶用金属网背严，喷射一 层混凝土防漏。用注浆泵将高水速凝材料注到巷道 壁后四周的软岩裂隙中，用来充填和加固围岩。不 仅改善支架的受力状况，显著提高支架的承载能力 和支护强度，而且可封闭围岩，防止风化和水的侵 蚀。方案实施后，形成了由充填体和注浆加固的围 岩共同组成承压结构，提高了岩体自身强度及承受 外载和抵抗抗变形能力，加以巷内马蹄形支架支护 的共同作用，取得了明显支护效果，有效控制了斜井 平巷围岩变形活动。巷道移近速度由２．２８５ ｍｍ／ｄ降 Ｎｏ．１ ｍｍ／ｄ左右，效果较明显，得到了预期减少巷 道围岩移近速度７０％ ８０％的目标。 ３结语 通过鹤壁四矿对矿区软岩巷道变形破坏原因分 析，可得出以下结论： １）一般破碎松软的岩石巷道，应采用锚喷网 支护。 ２）对于动压大的巷道，可采用锚喷网和ｕ型 钢可缩性支架联合支护。 ３）大断面硐室或硐室群，若围岩岩性不好， 可采用预应力锚索配合锚喷网联合支护。 ４） 地应力较大且围岩破碎较严重的软岩巷 道，可以采取高水材料壁后充填加固技术。 【责任编辑：王伟瑾】
