软岩治理浅析

随着我国煤炭资源的日益减少，大中型矿井的开发逐渐向深层及海域发展，而随着开采深度及广度的增加，处于成岩松软、强度低、易风化、潮解遇水膨胀的软岩巷道，在高应力地压的作用下，稳定性变的极差，支护更加困难，给安全生产带来了前所未有的严峻考验，使煤炭开采成本不断增加，严重阻碍了我国煤矿工业的生产建设和发展，因此探索一套切实可行、解决软岩治理难题的新途径，对我国软岩矿区的生产建设是十分必要的。针对上述情况，根据我公司在柳海煤矿井巷支护和巷道修复的施工经验，及取得的一些行之有效的治理方法，并结合矿压监测对巷道破坏的原因的认识。现将软岩巷道破坏的主要原因和治理经验介绍如下。

1 软岩巷道破坏的主要因素及规律

1.1 地质因素 柳海矿区煤系地层为第三纪地层，井下巷道主要穿过泥岩、泥灰岩、含油泥岩、钙质泥岩及褐煤层等，其主要特征如下：

1.1.1 稳定性差 软岩强度低，自承力差，爆破后松动范围大，巷遭易片帮冒顶在较高的原岩应力作用下，巷道来压比一般岩层大得多。

1.1.2 变形速度快 巷道开挖后，岩体很快变形，变形速率大，矿压显现明显，变形特征为拱顶或两间窝纵向开裂，两帮内移，底板鼓起。

1.1.3 围岩来压周期长 属塑性岩体的软岩，其塑性流动区大于围岩加固区，来自围岩深部的压力通过塑性体不断地作用于巷道周边，使围岩来压周期延长。

1.1.4 地质构造及地震影响较大 在断层破碎带，围岩松软离散，巷道易发生片帮冒顶。周边地区发生波及该矿区的地震时，围岩来压明显，巷道破坏严重。

1.2 施工工艺因素 不同的施工工艺对围岩的震动和破坏程度不同。用掘进机或人工掘进，可减小围岩松动，而爆破会引起围岩稳定性破坏，松动范围大。

1.3 岩石性质因素 由于地质构造的原因，该矿井巷道和峒室所穿过的岩层走向和倾向变化都较大，地质条件复杂，属下第三系地层，主要岩性为泥岩、泥灰岩、含油泥岩、钙质泥岩，岩石结构松软，稳定性差，来压快，巷道底鼓严重，围岩变形量大，持续时间长，易风化，遇水易泥化膨胀，易掘难支，是典型的“三软”岩层。实测到含泥油泥岩松动圈为1.8～2.2m，按围岩松动圈分类法属V类软岩。对该泥岩进行加压膨胀试验，其最大膨胀率为36.2%，抗压、抗拉和抗剪强度分别16.81MPa,0.85MPa,8.34MPa。由于含油泥岩整体性差，岩层错动十分严重，滑面多,摺曲、节理极为发育，因此岩层的粘聚力大大削弱，抗压强度减小，经分析岩层松软是巷道破坏的主要原因。

1.4 矿井设计因素

1.4.1 对矿压预计偏小 由于原设计单位对该地区井田地压情况认识不足，由此设计的井巷承压能力偏小，造成巷道密度及保护岩柱参数不合理。根据柳海矿井施工实践表明，两巷道的水平间距为巷道宽度的5.6倍时，矿压显现明显。两巷道间岩柱尺寸在8～16m时，因开凿巷道而产生的应力集中对两巷道相互干扰最大，巷道密度大及过小的保护岩柱尺寸也是巷道围岩变形破坏的主要原因之一。

1.4.2 设计支护方式不合理 井底车场绕道原设计采用用钢筋混凝上支护。混凝土厚500mm，水泥标号300#，钢筋为双层布置。因钢筋混凝土支护让压性能差，当应力达到支护体强度极限时巷道支护即发生破坏。主井马头门先是采用29U型钢可缩性支架和钢筋混凝土背板支护，因不适应围岩变形特点，故发生变形后导致支架变形、混凝土背板破坏，壁后充填被挤出。联络巷等巷道采用锚网喷支护，但800×800mm的间、排距较大，也未能维护好围岩。其它锚喷巷道，因锚杆间距远远超过设计规定，而且喷层较薄，出现喷层破裂剥落，锚杆外露的现象，致使巷道被破坏。

1.5 人为因素 2月份该矿运输大巷2#交叉点至3#交叉点单轨段，由于管理不善致使施工用水供水管破裂漏水，没有及时处理，积水浸泡巷道数日，造成巷道围岩吸水膨胀，应力聚变，致使巷道支护平衡状态破坏，短短20多个小时内，底板鼓起600mm~1350mm，两帮内敛100mm~300mm不等，运输中断。

1.6 软岩巷道破坏规律 根据柳海煤矿实践观测证明，软岩巷道受平行或上方采掘影响破坏程度较为明显，基本不受下部采掘影响。开拓巷道初次暴露时，顶帮来压较快，底板来压不明显。支护成型巷道，帮部压力显现比较明显，破坏部位先帮后底。

2 软岩巷道的治理

2004年柳海矿业公司与中国矿大专家组共同推出了新的支护形式———锚网喷 锚索 矿用工字钢桁架联合支护的新构想：首先“让”围岩有限制的变形，释放压力，避开应力高峰，待围岩变形趋于稳定后，再进行支设桁架“抗”压。经过一年多的实验证明，这种支护形式基本满足了柳海煤矿软岩支护的需要，出现了前所未有的好局面。

2.1 掘进 由于软岩的遇水易泥化膨胀的特性，钻眼采用干式钻眼法，以控制围岩的膨胀变形，消除膨胀压力，也可以有效的防止底鼓的发生；爆破法掘进巷道，在围岩中产生爆破震动，甚至形成炮震裂缝，周边围岩常因凹凸不平而加剧应力集中，从而加速了围岩的松动破坏，造成过大的围岩压力，尤其对地质条件较差的围岩影响更为严重。因此，在爆破施工中采用浅眼光爆技术，打浅眼，少装药，放小炮，毫秒爆破，减小震动波对围岩的扰动，使巷道软岩具有一定的自稳时间，并能迅速转入支护工作。对于松散破碎较严重的岩层，如不能采用全断面放炮掘进时，应采用只放掏心炮然后用风镐扩刷的掘进方法，加强巷道的成型管理和顶板管理，防止围岩因冒落、片帮而失稳，从而产生应力集中现象。

2.2 锚网喷 巷道掘刷成型后，尽快喷浆封闭围岩，巷道围岩曝露时间越长，围岩松动愈往深处发展，围岩应力就越大，易风化的围岩更是如此。及时封闭不仅能保持围岩的原岩状态，而且能防止围岩表面被水软化，对易风化的岩层还能起到防止风化的作用。及时锚网喷支护。锚网喷结构直接接触围岩，及时锚网喷可以在巷道发生破坏前限制围岩的变形与位移，改变其应力状态，提高岩体的强度，使围岩不进入松动状态，充分发挥岩体“自己支护自己”的能力，使其较快向稳定状态转化。原岩应力状态经历了从“平衡”到“不平衡”到“新平衡”的变化过程，锚网喷积极参与了这个应力变化的全过程，使围岩在新的应力平衡条件下处于稳定状态。

2.3 施打锚索 锚索采用长度8米的钢绞线锚索，因为锚索较长，可以锚固在巷道松动圈以外较稳定的岩层中，锚固力比锚杆更大，使原来由锚杆支护形成的“承载圈”更大，增强了围岩的自身稳定性，起到了悬吊作用，及对锚网喷支护和围岩的补强加固作用。

2.4 支设桁架 桁架为11#矿用工字钢加工而成的双层桁架，此桁架为有底拱的全封闭钢性支架，架间采用90#或75#角钢拉杆三角形联结。桁架的支设位置为滞后迎头15—20米，一般桁架至巷道顶、帮之间预留300～500mm的变形空间，使巷道围岩进一步释放压力，待巷道围岩应力的高峰期过后，巷道顶、帮部有局部位置接触桁架时，立即喷射混凝土，使巷道与桁架完全接触，然后设矿压观测点，并尽可能连续观测围岩的位移和变形，待围岩趋于稳定后，合理选择支护时间，复喷或浇注混凝土至覆盖桁架，与锚网喷、锚索、双桁架共同形成了巷道的支护机构。

3 结语

“锚网喷 锚索 矿用工字钢桁架”联合支护是在“新奥法”施工基本思想和指导原则的基础上，结合我国其他矿区的软岩工程实践经验和柳海煤矿特殊的地质条件推出的一项切实可行的支护方案。事实证明：这种以“抗”为主，“让”“抗”结合的支护方法，在柳海矿井的建设中已基本达到了预期效果。