煤矿软岩巷道支护技术摘要：煤矿软岩巷道工程支护，尤其是深部高应力软岩巷道支护，一直是矿业工程难点问题之一。
随着矿井开采规模的增大和开采深度的不断加大，软岩巷道的支护与维护问题显得越来越突出，软岩问题愈趋严重，直接影响煤矿安全高效生产。
本文分析了软岩的概念及分类，提出了软岩巷道支护对策与主要支护形式，并指出了以后软岩巷道支护新的发展趋势。
关键字：软岩巷道；高应力；支护对策1 引言由于煤层赋存条件的复杂、多变，煤层开采条件的不可选择性，多数矿井的生产和建设都将面临不同程度、不同数量的软岩巷道开掘及维护难题。
特别是服务年限较长的准备巷道、开拓巷道施工、维护，需解决一系列软岩巷道问题，比如巷道自稳时间短、变形大、难维护、返修率高等。
加之多数软岩巷道断面较大，巷道变形破坏的影响因素复杂[1]，在支护设计中，要考虑多方面的影响因素。
软岩巷道的变形主要体现在顶板下沉量较大，两帮收缩、偏帮、底鼓严重。
巷道的变形严重影响到运输、通风、行人的问题，因此寻找合理的支护方式已经迫在眉睫。
2 软岩的概念及分类工程软岩是指在工程力的作用下，能够产生显著塑性变形的工程岩体[2]。
在煤矿巷道支护工程中，巷道围岩就是所研究的工程岩体；工程力则是指作用在工程岩体上的力的总和，它包括重力、构造残余应力、水的作用力、工程扰动及膨胀应力等。
该定义揭示了软岩的相对性，实质即工程力与岩体的相互关系。
当工程力一定时，不同岩体可能表现为硬岩特性，也可能表现为软岩的特性。
而对于同一种岩石，在较低工程力的作用下可表现为硬岩的变形特性，在较高的工程力作用下可能表现为软岩的大变形特性。
按其上述特性，大体上可分为4大类：低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩。
1)低强度高膨胀性软岩巷道，围岩不仅松软、强度低，而目_遇水软化、膨胀，对风、水、扰动十分敏感。
巷道围岩变形速度快、变形量大、持续时间长，给支护带来极大困难。
软岩之所以能产生显著的塑性变形，主要是因为软岩中的泥质成分和结构面控制了软岩的工程力学特性。
软岩一般具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性以及工程扰动性等工程力学特性。
2)我国煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加，开采深度超过1000m的煤矿已有数十处，部分矿井重力引起的垂直应力明显增大，构造应力场复杂，地应力高；在高地应力作用下，开采扰动影响强烈，围岩破坏严重，煤岩体的扩容现象突出，表现为大偏应力下的煤岩体内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致煤岩体积增大，扩容膨胀。
3)极破碎软岩巷道围岩内发育着各种节理、层理、裂隙等结构面，围岩破碎、稳定性差。
在巷道掘进期间极易出现冒顶和片帮，给支护作业带来很大困难。
4)复合型软岩是指以上3种软岩类型中2种或3种组合。
3 软岩巷道支护对策1)优化巷道位置。
在设计阶段应根据煤系地层的岩性，合理选择巷道位置，尽可能避开软弱岩层；在地质勘探过程中，应掌握岩石物理力学性质、岩石物理化学性质以及岩石水理性质，应掌握主应力的大小及方向，合理选层、选位，尽可能躲让高应力区。
2)选择合理的支护断面。
目前普遍采用的直墙半圆拱断面，适用于顶压大、侧压小、无底鼓的条件。
马蹄形用于围岩松软、有膨胀性、顶压侧压很大，并有一定底压的巷道。
圆形断面用于膨胀性软岩，四周压力均很大。
当四周压力很大但分布不均时，采用椭圆形断面并根据顶压和侧压的大小，竖直或水平布置。
断面尺寸要按设计尺寸加两侧收敛值及顶沉量、底鼓量进行确定。
预留巷道空间对提高支护体结构强度，减少巷道维修，保证巷道正常使用是非常必要的。
3)提高围岩强度。
强度低是软岩的一个基本特征，因此提高围岩强度是解决软岩支护这一难题的根本途径。
锚杆和注浆是2种有效的加固围岩方式，这些方式能促使形成围岩加固的承载圈，充分发挥围岩的自承能力，阻止围岩的塑性流动。
应针对不同围岩选择合适的加固方式。
4)提高护表力，增强围岩表面强度。
支护效果取决于围岩表而的完整性。
及时采取措施保护和增强围岩表面强度，如速喷水泥浆、铺设菱形金属网、锚杆施加预应力等，都能改善围岩受力状态，增强围岩强度，促进巷道的长期稳定。
5)采用刚柔并济的整体支护结构。
软岩巷道具有大变形和明显的流变性特点，支护结构应与围岩变形相协调，以提高围岩自承能力为目的，故宜采取让压与加固、支护相结合的支护结构。
对于高地应力，要卸压充分；对于大变形，要适度让压;对于软弱部分，要进行围岩加固;对于围岩整体，要有足够支护刚度。
6)提高锚杆支护的预紧力，实现主动支护。
锚杆支护是软岩巷道的最有效的支护形式，锚杆支护系统的刚度十分重要，特别是锚杆预应力起着决定性作用。
较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。
单根锚杆预应力的作用范围是很有限的，必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到锚杆周围更大范围的围岩中，形成支护结构。
7)及时封闭围岩。
软岩巷道支护现场总结的经验是：治帮先治底，治底先治水。
因此，对水的处理是保证软弱围岩稳定的基础工作，尤其对于含有如上类矿物的膨胀型软岩，隔水为第一要务。
软岩巷道开挖后要及时喷射混凝上进行封闭，防止其受水和空气的影响而崩解和软化。
8)一次支护。
康红普博士[3]对对锚杆支护提出了一次理论:对于复杂困难巷道，应采用高强度、高刚度、高预紧力锚杆组合支护，应尽量在采用一次支护后就有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。
4 软岩巷道支护主要形式对软岩巷道工程常用的支护形式进行总结和分析，得出各种支护形式的优缺点，为软岩巷道支护形式的改进和完善提供依据。
软岩巷道常用支护形式及其分析如下[4]：4.1 整体刚性支护主要包括全封闭钢支架支护、整体预制模板支护、现浇封闭钢筋混凝上支护等。
事实上，随支护刚度增大，围岩压力随之增加;虽然支护承载力增加，但支护载荷并未降低，支护的变形和破坏状况没有得到改善。
因此，整体刚性支护不能很好解决巷道围岩与支护间的矛盾，在刚度和强度上不能与大变形、大地压的软岩巷道围岩相协调;带来的是巷道断面加大、掘进速度降低和支护成本增加等问题。
4.2 刚性支护加柔体垫层支护主要有圆料砌破加可缩层和条带破等形式。
该方式为井巷围岩提供一定支护强度，并有一定可缩性。
但由于砌体本身刚度较大，允许变形小，对软岩巷道围岩的大变形不适应;同时，该方式施工速度慢，工人劳动强度高。
4.3 U型钢可缩性支架支护是根据软岩膨胀性的特点而设计。
该法主要用于膨胀性岩层及断层破碎带支护。
这种支架不仅有可缩性，而目_有较高的初承力和支撑能力;作用在支架上的压力与围岩的移近量成反比关系，也就是说在一定条件下支架可缩后，支架上的荷载减小而目_还会有调整和得到改善。
但是，在使用过程中，U型钢可缩性支架的支撑能力经常得不到充分发挥。
其主要原因在于:巷道掘进和支护工艺都不可避免地在支架背后形成不同尺寸的空穴，使支架的周边与巷道围岩出现不规则的点、线接触。
围岩变形时，支架受到集中荷载和偏心荷载的作用而产生失稳变形，支架受力状况恶化，使支架出现压弯、扭曲等变形而失效;而目_随支架支护阻力要求的提高，钢支架的质量越来越大，钢材用量大，支护成本高。
4. 4 锚喷支护对于软岩巷道的支护，锚杆及其联合支护被认为是一种合理有效的方式。
人们习惯将锚杆支护称为主动支护，其实并不是所有的锚杆支护都属于主动支护。
主动支护与被动支护的区别并不在于支护类型，而在于支护体能否主动给围岩以预紧力。
安装锚杆时，给锚杆施足够的预应力，不仅可消除锚杆构件的初始滑移量，而民可为围岩提供一定预紧力，以降低围岩受拉截面的拉应力。
5 软岩巷道支护的新发展在分析和总结煤矿软岩巷道支护常用支护技术的基础上，提出软岩巷道支护新的发展形式，主要在以下几个方面发展和创新[5]：5.1 超高强度锚杆超高强度螺纹钢锚杆具有更高的屈服强度和破断强度，为巷道围岩提供强大支护阻力(一般来说，比普通圆钢锚杆高3倍以上)，大大增加了巷道围岩离层、变形和层理裂隙等弱面进一步发展的约束力。
另外，高强度或超高强度螺纹钢锚杆可实现全长锚固，有效控制巷道围岩大变形，提高系统可靠性。
5 .2 锚注支护软岩巷道围岩的松动范围较大，岩体强度低，单用锚杆支护难以使破碎岩块完全处于受压状态而形成组合拱。
软岩巷道中，为发挥锚杆支护的优势，提高围岩的强度和变形模量，改变围岩的变形规律，利用锚杆兼作注浆管，外锚内注，实现“锚注一体化”是解决松散破碎型软岩巷道支护的有效途径。
5.3 联合支护联合支护有多种类型:锚喷+注浆加固、锚喷+U型钢可缩性支架锚喷+弧板支架、U型钢可缩性支架+注浆加固、锚喷+注浆型钢可缩性支架、“三锚联合支护”等支护形式。
选择联合支护时，应根据巷道围岩地质条件和生产条件，确定出合理的支护形式和参数。
锚喷支护是一种性能优越、适合软岩巷道围岩的一次支护，是首选的支护方式。
5 结论1)煤矿中的软岩大体可分为四类：低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩。
对于不同类型的软岩宜采用不同的支护形式。
2)软岩巷道支护应事先根据围岩性质，选择合理的支护对策，并根据巷道围岩破坏情况，有针对性的选择合理的支护形式。
参考文献[1] 兰永伟,张永吉,深部开采条件下巷道底鼓机理的研究[J].矿业研究与开发，2005,25（1）.[2] 何满潮,邹正盛,邹友峰.软岩巷道工程概论[M].徐州：中国矿业大学出版社，1993.[3] 康红普,王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007.[4] 何满潮,袁和生,靖洪文,等.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京：科学出版社，2004.[5] 付荣,范明建.煤炭软岩巷道支护现状及发展趋势[J].煤，2007,16（6）:10-13.。