煤矿软岩巷道控制原理与支护技术

煤矿软岩巷道支护技术摘要:本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析,概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征,并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题,最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究,具体包括软岩巷道支付的技术关键分析,最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。

关键词:软岩巷道联合支护巷道变形1 软岩的基本概念1.1 软岩的基本概念工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。

目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点,同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小,强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。

该定义的主题词是工程力、显著变形和工程岩体。

工程岩体是软岩工程研究的主要对象,是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体,包含岩块、结构面及其空间组合特征。

工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等;显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用,显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、黏弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。

此定义揭示了软岩的相对性实质,即取决于工程力与岩体强度的相互关系。

当工程力一定时,不同岩体,强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性,强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性;对同种岩石,在较低工程力作用下,表现为硬岩的变形特性,在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。

1.2 软岩的工程特性软岩有两个工程特性:软岩临界载荷和软化临界深度,它揭示了软岩的相对性实质。

(1)软化临界深度:与软化临界荷载相对应的存在着软化临界深度。

一般来讲,软化临界深度也是一个客观量。

当巷道的位置大于某一开采深度时,围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护的现象;但当巷道位置较浅,小于某一深度时,大变形、大地压的现象明显消失。

【 关键词 】 软岩 巷道 ；变性特征 ；压 力特、 锚喷一 弧板支护理论、 松动 圈理论 以及高预应力 、强力支护 理论 ，其 中联合 支护 理论、松 动圈理论应用较广，高预应力、强力
支护是本世纪初 我国学者提出来的支护理论 ，在条件适宜时也可 以 应用。应用联合支护理论和松动圈理论作为理论基础时 ，在具体操 作时下面 几点值得注意 。 ３ ． １ 选择合理的巷道断面 由于松软岩层地质情况非常 复杂 ，巷道支 护不 单纯 受岩 层的重 力作用 ，有时周 围都受到很大 的膨胀压力 ，甚至有 的巷道 的侧压 比 顶压大几倍 。若采用常规 的直墙半 圆拱 或三 心拱形 断面显然难 以适 变形 大 ，易发生底 鼓 ，软岩巷道 支护是煤 矿巷道 支护 的难 点和重 应 ，往往造成巷道 的破坏和失稳 。因此 ，合 理选 择断面形状对维护 松软岩层巷道 的稳定尤为重要 。巷道 断面形 状，主要应根据地压的 点。 大 小 和 方 向 来 选 择 。若 地 压 较 小 ， 选 用 直 墙 半 圆 拱 形 断 面 是 合 理 １软 岩巷道的围岩 变形和压力特 征分析 软岩 的力学 性质对 围岩稳 定性有重 要影 响 ，根据 许多井 下观 的；若巷道 周围均受到很 大的压力，则以选 择圆形巷道断面为宜 ； 测，可归纳出软岩巷道 的围岩变形有 以下特征 ： 若垂直方向压力特别大而水平压力较小时，则选用直立椭 圆形断面 （ １ ） 围岩变 形有明显的时 间效应 。表现为初始变形速度很快， 或近似椭 圆形断面是合理的；若水平方向压力特别大而垂直方 向压 变形趋 向稳定后仍 以较大速度产生流变 ，且持续时间很长 ，有的达 力较小时 ，则 应选用 曲墙或矮 墙半圆拱带底拱 、高跨 比小于 ｌ 的断 数年之久。如不采取有效 的支护措施 ，则 由于 围岩变形急剧加大 ， 面或平卧椭圆形断面。 势必导致巷道失稳破坏 这种变形特征 明显地表现出蠕变的三个变 ３ ． ２ 选择合理的巷道位置 形阶段，即减速蠕变、定常蠕变和加速蠕变 。 合理 选择巷 道位 置是保证 巷道 处于稳定 状态 最关键 的决策 之 （ ２ ） 围岩变形有明显的空间效应 。其一表 现为 围岩与掘进工作 选择巷道位置应着重考虑 以下两 个方面 。 面 的相列叫 立 置对其力学状 态的影响 ，通 常在距工作面 １ 倍巷宽 以远 （ １ ）岩石性质 应尽 量将巷道布置 在遇水膨胀 量小 、质地均 的地方就基本上不受掘进工作面 的制约 ；其二表现为巷道所在深度 匀 、较坚硬 的岩石 内。在 同一条巷道 内，即使 围岩性质 只有微 小的 不仅对 围岩 的变形或稳定状态有 明显影 响，而且影 响程度 比坚硬岩 差异 ，巷道压力 的显现也有明显的差别。 （ ２ ） 支 承压力的影响。实践证 明，回采动压是造成煤层底板 层大得多 。 （ ３ ） 围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感。表现为当软岩 岩石大巷破坏 的主要 原因。煤层开采 以后 ，其底板岩石 大巷的压力 巷道 受邻近 开掘 或修 复巷 道、水的浸蚀 、支架折损失效、爆破震动 就有 明显的增加 。底板 岩石大巷 与煤层 距离 的大 小和 落煤方 式有 以及采动 等的影 响时，都会 引起巷道 围岩变形 的急剧增长 。 关。用 风镐 落煤 时，岩石大巷距煤层在２ ｏ ￣３ ｏ ｍ 时 ，基本上可不受 （ ４） 软岩巷 道不仅顶板下沉量大和容 易冒落 ，而且底板也强烈 动压的影 响。而放炮 落煤时，岩石 大巷煤层４ ０ ｍ以外还仍然会遭到 鼓起，并常伴随有两帮剧烈位移 。尤其是粘土层 ，浸水崩解和泥化 破坏。除了避 免支承 移动压力的影响外，还必须避开采场上下 固定 引起的底鼓更为严重 。如淮南谢一矿测试结果表 明，顶板下沉量 、 支承压力的影响范围 ，应把巷道布置在应力 降低 区或原岩应力 区内 巷帮内移 量与底 鼓量的比值 一般为 ｌ ： ｌ ：２ 。因此 ，防止水 的浸蚀和 为 最 好 。 底板治理成为软岩巷道 支护的重要课题 。 ３ ． ３ 控 制 爆 破 保 护 围岩 （ ５ ） 软岩巷道的 自稳时间短。松软围岩的 自稳 时间通常 为几十 软岩巷道掘进必须采用浅 眼小炮 、光爆等控制爆破 ，多采用预 分钟到十几 小时 ，有 的顶板一暴露就立 即冒落 ，这主 要取 决于 围岩 留光面层 的光面爆破 ；必要时采用风镐或手镐等 人工成形 掘进 法。 暴露面 的形状和面积 、岩体 的残余强度和原岩应力 。因此在 决定巷 对特别松软破碎者可采用临时超前锚杆等前探支护手段或 者采 取注 道掘进方式和支护措施时必须考虑到巷道围岩的 自稳时间。 浆或化学加 固等技术措施并尽量减 小水 的影 响。以确保 围岩强度与 稳定性 ，减小爆 震波 的影 响和开 挖后重新 分布应 力 的扰动影 响范 ２ 软岩巷道围岩变形量构 成分析 在未经采 动的松软 岩体内开 掘巷 道时，其围岩变形量主要由以 围 。 下三 部分 组 成 （ 图１ ）： ３ ． ４及时采用柔性或可缩性 的～次支护 （ １ ） 掘巷引起的围岩变形 量，它 一般发生在巷道掘进的初期 。 软岩巷道掘进后应尽早喷射薄层混凝土、封 闭围岩 ，以防止吸 （ ２ ）围岩流 变引起 的变形 量，它在巷道 整个 服务期 内都会 发 水、潮 解风化，进一步保护围岩。然后打锚杆或加金属网、复喷、 生。 架可缩 金属支架等，及时构成有足够支护抗力又有足够的柔性及可 对于 软岩有 不 同的定义 。第一种 是根据 岩石 的单轴抗 压强度 把 ＜ ２ ０ ａ 的岩层称 为软岩 ：第 二种种定义是 “ 软弱岩层是 指强度低、孔隙度差 、胶结程度差 、受结构面切割及风化影响显著 或含有大量膨胀性粘土矿物 的松 、散 、软 、弱岩层 ”；第三种 定义 是“ 软岩是指在巷道工程力的作用下能产生 显著变形 的工程岩体 。” 软岩巷道 围岩强度低 ，结构松软 ，易吸水膨胀 ，因而巷道 围岩

0.64
0.36
B h
R R
RC RC
0 .778 0 .778
0.222 0.222
B hB
h
R R
RC1 RC1
0.64 0.64
0.36 0.36
B hB
h
第一节 无煤柱护巷
一、护巷煤柱得稳定性
2、 煤柱得应力分布
1)一侧采空
煤柱(体)得承载能力,随着远离煤体
(煤柱)边缘而明显增长。在距煤体(煤柱)
第二节 巷道围岩卸压
一、跨巷回采进行巷道卸压
跨巷 回采
横跨 纵跨
1－不留区段煤柱、先跨;2—留区段煤柱、先跨; 3—留区段煤柱、后跨;4—较宽得煤柱维护上山
第二节 巷道围岩卸压
二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压
1、 巷道周边开槽(孔)对围岩应力分布得影响
开槽卸压原理:使作用于 周边围岩得高应力向卸压 压区以外得岩体深部转移
2
第一节 无煤柱护巷
一、护巷煤柱得稳定性
1、 煤柱得载荷
各种方法得基本观点一致:煤柱得宽度必须保证煤柱得极限载荷σ
不超过它得极限强度R(七章一节)。煤柱得宽度B计算式:
1000B
B
D H
1 4
D
2
cot
RC
0.778
0.222
B h
1000B
B
D
H
1 4
D
2
cot
RC 1
边缘一定宽度内,存在着煤柱(体)得承载能
力与支承压力处于极限平衡状态,运用岩体
得极限平衡理论,塑性区得宽度x0:
x0
m 2 f
K H C cot
ln p1 C cot

世上无难事，只要肯攀登
软岩巷道支护技术
（一）软岩巷道支护原理（1）巷道支护原理
软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免，应以达到其最大塑性承载能力
为最佳；同时其巨大的塑性能（如膨胀变形能）必须以某种形式释放出来。

软岩支护设计的关键之一是选择变形能释放时间和支护时间。

（2）最佳支护时间和时段
岩石力学理论和工程实际表明，硐室开挖之后，围岩变形逐渐增加。

以变形
速度区分，可划分三个阶段；即减速变形阶段、近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。

最佳支护时间是以变形的形式转化的工程力PR 和围岩自撑力PD 最大，工程支护力最小的支护时间
图7-34 最佳支护时间TS
（二）软岩巷道常用支护形式
（1）锚喷网支护
锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、实用的支护形式。

喷射混凝土能及时
封闭围岩和隔离水。

网不仅可以支承锚杆之间的围岩，并将单个锚杆连结成整个锚杆群，和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。

锚喷网支护允许围岩有一定的变形，支护性能符合对软岩一次支护的要求。

根据围岩条件，也可以不喷射混凝土，仅选用锚网、桁架锚网、钢筋梯锚网、钢带锚网支护，也可以二次喷射混凝土支护。

（2）可缩性金属支架
U 型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性，通过构件
间可缩和弹性变形调节围岩应力。

在支架变形和收缩过程中，保持对围岩的支护阻力，促进围岩应力趋于平衡状态。

我国在U 型钢可缩性金属支架架后充。

作用， 以 适 应 围岩 变 形 的要 求 ， 最终 达 到 围
题之一 ， 软 岩 引 起 的矿 山 井 巷 的 破 坏 现 象 岩 和 巷 道 稳 定 的 目 的 。 联 合支护 必须是 多 而 且 能 把 深 部 围岩 强度 调 动 起 来 ， 和 浅 部
控制巷道稳定性 ， 这 将 非常普遍 ， 严 重 影 响 着 煤 矿 生 产安 全 、 效 率 种 独 立 的 支护 方 法 的 组合 ， 如 锚喷 和 Ｕ型 钢 支护 岩 体 共 同 作 用 ， 及 效 益 的提 高 。 软 岩 工 程 的 稳 定 与 支 护 技 支架 的 联 合 、 锚 喷 和弧 板 的联 合 等 。 联 合 支 是 软 岩 巷 道 支 护 的 主 流 发 展 方 向 。 软 岩 工 术密不 可分 ， 目前 矿 山 软 岩 巷 道 已 由 过 去 护 是 生 产 建 设 过 程 中 的 产 物 。 如 原 设 计 采 程 支 护 理 论 与 技 术 近 年 来 ， 以锚 杆 、 锚 索 和 三锚” 支护 是 联 合 支 护 的 典 型 单一 的支护形式 ， 逐 步 发 展 为 各 种 多 次 支 用 碹 体 支 护 ， 在 建 设 过 程 中 经 常 翻 修 且 翻 锚 注 为 主 的 “ 护 和 联 合 支 护 形 式 修量过大 ， 为保证安全 ， 在 碹 体 内喷 一 层 混 代 表 ， 它 已 经 成 为 深 部 矿 井 软 岩 巷 道 支 护 凝土 ， 效果极好 。 由于 我 国使 用 Ｕ型 钢 支 架
摘 要： 近年来 ， 随 着煤矿开 采深度 的增加 ， 许 多原来软 岩很 少的矿 区。 矿 区深 部巷 道工程 均呈现 出软 岩工程特征 。 本文 首先 简要 介 绍 了 煤 矿巷道 软 岩工程的特 点 ， 然后介 绍 了煤 矿软 岩工程联合 支护技 术在 ， 最 后谈谈 锚注技术 在开滦 东欢 坨矿 的应 用情 况 。

本情 况
米村矿２ 扩大 区轨道石门车场为半 圆拱型断面 ， ６
２ ．软岩巷道多表现为巷道四周受压 ，且为非对称 性，巷道开挖后不仅顶板变形易冒落 ，巷道两帮也容易
出现外 鼓和 冒落 ，同 时也有 可 能产 生强烈 的底 膨现 象 。
净宽３ ０ ｍ ８ ０ ，净高３ ０ ｍ ０ ０ ，壁 厚１０ ｍ ５ ｍ ，全长 约６ ｍ ０ 。巷 道周 围存在老巷较 多，围岩破碎 ，所穿岩层为泥岩 、
３ ．软 岩巷 道 变 形 随矿 升 的开 采 深度 增 加 而 增
术 、成本等方面都具有优 势，因此，多媒体调度通信
将 是 未 来 电力 系 统 调 度 通 信 的发 展 趋 势 。ｌ 盔 ，
参考文 献
【 郭经红．软交换 平台在 下一代 电力通信 网络 中的应 用 Ｉ． １ ］ Ｊ ］
坏 。这 时 如果 用 不适 应 软岩 大 变 形 的 刚 性支 架 ，将 很
断 的提高 ，如锚 网喷一锚索 、架棚 喷浆一 注浆等联合
支护技术 的逐 步发展 成熟，使得巷 道支护有效地得到
改善。
一
快被压垮 ，所 以支护时必须根据这一特点，要在控制
下 允许 软 岩 一 定 的变 形 量 出现 。
杆数量 ，实行多打锚杆 ，使顶 部围岩形成整体 。
三、软岩 巷道 的支护要 求及对 策
根据软岩 的特 点，在支护方面不 能单纯提 高支 护 刚度 的方法 来提 高支护 效果，单 纯提 高支护 刚度会使 巷道 支护体 系迅速遭 到破 坏，经常造成 前掘后翻的局
面 ， 再 者 单 一 支 护 方 式 不 能 更好 的 发挥 支 护 作 用 。软 岩巷 道 支 护 是 支 护 结 构 和 围 岩 结 构 相 互 调 节 ， 相 互 控

值， 不随 时 间的变化而变化 。 当荷 载超 过 这一 临界值 后， 岩层的 塑性 形
４ ． １ 软岩 巷道支 护的技术关键 根据 软岩 的力学特 点， 要使 软 岩巷 道支 护取得成功 要把 握好 三个
变 会出现 明显的 加速 现象 ， 这一 临界 值的 荷载 成 为临 界荷载 。 荷 载小 技术关 键 ： 正确的确 定软岩 变形机制 的复合型 、 将 复合型有效的 转化为 于临 界荷载 时岩层称为硬岩 ， 荷 载超过 临界荷 载后， 岩层的 塑性 形变不 单 一性 和合 理的运 用复合型变性 力学机 制的 转化 技术 。 在 支护设 计时 稳 定， 此 时称 为软岩 。 另外一 个特性 是软化 临界深 度， 软化 临界深度与 不能只进行单一型的支护 设计， 要根据每 个受力点的力学特 性使用联 合 软化临 界荷载时 相对应 的。 当巷 道深度小于某一深 度时， 岩层变形 不 明 支护方式 ， 设计 最适合 复合型变形力学特点 的支护方案 ， 确保软 岩巷道 显， 不会 出现 大变 形 ， 但是 当巷 道位置超 过这一深 度后， 岩层会有 明显 支护的综合性 能。
２ ． 软岩巷道变形破坏的原因及特点
随着 煤 矿的 开采 ， 巷 道深 度的 不断 增加 ， 巷 道围岩构 造也 越来 越 塑性工作 状态 ， 形成塑性 区。 此 时如果 没有 及时有效 的进行支 护处理 ， 复杂 ， 如 果围岩处于 软岩层就容 易造成巷道 的不稳定 ， 引起巷道 四壁 的 塑性 区就会发生较 为严重 的形变 ， 从 而形成松 动破坏 区。 松动破 坏区不
薹 臻寨 煤矿软岩巷道 支护来自术的研究及发展 谢拓
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【 摘要】本文主要对软岩的概念进行了简 单的介绍， 并指出了 如今煤 拱 肩和巷 道拱部变形尤 为严重， 经常出现 凸起和墙体开裂等现 象。

煤矿巷道软岩工程特点及支护技术的探究摘要：矿山开采过程中，矿井巷道软岩石支护，特别是高应力软岩巷道深部的支撑，是矿井安全生产面临的一个重大难题。

随着煤矿生产的发展和深度的提高，煤矿巷道的软岩支护问题越来越严重。

煤矿井下的软岩石问题对矿井正常高效生产具有重要的作用。

本文阐述了软岩工程特点，对煤矿巷道软岩工程支护技术进行了分析。

关键词：煤矿巷道；软岩工程；支护技术引言目前，国内的煤炭资源多以地下采矿为主，采矿时必须在矿山下面开挖充分的巷道。

矿井的开采、施工必须确保井筒的畅通和井筒的稳定。

矿井巷道的支撑困难主要受到地应力影响，被开采工作影响，围岩破碎情况，巷道横截面等多种因素的作用。

所以，在煤矿巷道中，必须继续完善软岩支护技术。

1软岩工程特点地下施工是一种在岩层或土壤中进行的施工，其施工环境和工作状态与地表施工有很大区别。

所以，采用地表工程的设计理论与手段来解决这些问题，很明显无法对各种不同的力学问题进行恰当的分析，从而得出相应的支护方案。

与地表施工相比，在许多方面都表现出明显的差异。

由于煤矿的开采具有非选择性，大量的煤矿开采会使地应力的均衡状况受到破坏。

煤炭开采过程中，受其赋存条件、沉积环境、地质结构等因素的制约，导致了煤炭开采过程中存在的问题。

煤矿的采掘深度一般为500~600 m,千米以上的矿井也逐渐增多，有的矿山在浅层采矿时，软岩石问题还不突出，而到了深层，则出现了较大的地应力和动压作用。

煤矿软岩组份中存在着较多的膨胀性矿物质，在软弱的环境下，岩体的硬度较差，容易在干燥、失水时发生塑性流动，特别是遇水变形、崩解和膨胀。

矿井的使用寿命一般可以达到一百多年，而矿井的巷道由于使用寿命的差异，往往比隧洞的寿命要长，而且软岩巷道具有较大的时间限制。

2煤矿巷道软岩工程支护技术2.1支护技术理论一是加固岩体的力学性能。

在改善围岩的围岩压力、增大围压、增强围压体的受力的基础上，还改善了被锚岩体的力学特性，增强了岩体的峰值和岩体的参与强度。

响巷 道工 程稳 定性 构 成 的因素 。
２ 沿 空留巷巷 道 围岩 的破 坏机 理分 析
（ 上接第 １ ０ ５页 ）
部 位是 应 力释放 的薄 弱部 位 。为了对底 板 围岩 变形程度 进 行 限制 ， 需要 进 行 及 时 的封 底 ， 进 而在 一定 程 度上 形 成 一
巷道 进 行开 挖 后 ， 围岩原 有 的平 衡 力状 态在 一定 程 度 个完 整 的整体 结 构 ， 高应 力软 岩 巷道 的底 鼓 的力 学原理 通
岩产 生碎 胀 变形 ， 巷 道开挖 空间在 一 定程 度上 为 围岩 变形 能量 释放 进 一步 提供 了补 偿 空 间 ， 使 得应 力进 一 步转移 到 关键词 ： 软 岩 巷 道 沿 空 留巷 巷 道 围 岩 预 应 力 锚 索 综 合 深部 ， 进 而在 一定 程 度上 重 新构建 新 的平 衡状 态 。对于 巷 控 制 技 术 道 围岩来 说 ， 其特 点 是属 于 高应力 软 岩 ， 巷道 掘进 过程 中 ， 沿 空 留巷 技术 能够 实 现无 煤柱 护巷 ， 取消 区段 煤柱 的 出现 围岩 应力 的集 中 ， 并 且 围岩 塑性 区 、 发展 区 比较 快 ， 在 应力 集 中 现象 ， 是提 升 煤炭 回采率 降低 巷 道掘 进率 重 要手 定 程度 上 容易 导致 围岩 发 生 变形 ： 巷道 掘进 后 进入稳 定 段。 目前 ， 赵 坡煤 矿所 开采 的 １ ４层煤 在 １ ２ ３采 区 ， 为降低 期， 围 岩在 一 定 程 度 上依 然 具 有较 大 的持续 变形 ， 巷 道 两 生产 成本 ， 采 用沿 空 留巷技 术。在施 工过 程 中 ， 按 照巷 道变 帮变 形较 大 ， 底 鼓影 响 了巷道 的整 体 的稳定 性 能。 形 的破 坏 机 理 ， 进 而 在 一定 程 度 上 提 出 ： 沿 空 留巷 高应 力 ３ 沿 空 留巷巷 道 围岩 的控制支 护原 则 采场 巷道 以预 应力 锚 索为核 心的综 合控 制技术 。 ３ ． １ 沿 空 留巷综 合控 制技 术 的指导思 想 １影 响 沿空 留巷 围岩 稳定 性 的因素 ３ ． １ ． １ 通过 科学 的措 施 ， 对 变形进行 适 当的释 放 ， 进 而 通 常情 况下 ， 影Ⅱ 向 沿空 留巷 围 岩稳 定性 的因素 主要 包 在 一定 程度 上达 到释 放地 压 的 目的 ， 主 要有 ４点 ： 括： 地 质 条件 、 赋存 环境 、 工 程 因素三 个 方面 的原 因。 先让后 抗 、 先柔 后刚 、 二 次支护 、 控 制底 鼓。实践 证明 ， ① 地 质 条件。通 常情 况下 ， 矿岩体 性 质 、 节理裂 隙发 育 其 准则 通 常情 况下 主 要表 现 为 ： 边抗 边 让 ， 预 留断面 ， 二次 程度、 产 状 等共 同构 成相 应 的矿 山地 质 条件 。 对于 地质 条 支护 ， 固结 围岩 ， 以及 通 过加 固帮 角 的 方式 对 底鼓 进 行 控 件来说， 主 要是矿 体 在 成矿过 程 中 ， 或者 在 成矿 后 ， 经过 一 制 。 系列 的地 质构造 运 动进 而形 成 的产物 。 ３ ． １ ． ２ 对巷 道 围 存环 境。通常 情 况下 ， 应力 环境 、 地下 水环 境和 温 释放变形 ， 并 且 在 一定 程 度 上 同 时进 行 让 压 ， 在 让 压 度环境 等在 一定程 度 上共 同构 成巷 道工 程 的赋 存环 境 。 对 的过程 中 ， 关键 是 要掌握 让压 的程 度。对于 围岩来 说 ， 其让 于 赋 存环 境 来说 ， 通 常 情 况下 需要 综合 考 虑应 力环 境 。与 压 的过程 是 围岩 降低 自身 强 度 的过程 ， 当围岩 变 形到 一定 其他 隧 道和 水 电等 地下 工程 相 比， 巷道 围 岩 的应 力 场 有着 程度 后 ， 在 一 定程 度 上促 使 围岩 由弹 性体 介质 变 为松散 介 本质 的不 同 ， 主要 表 现在 ： 一 方 面 受原 岩 应力 的 影 响和 制 质 ， 进 而在 一定 程度 上丧 失 了 自稳 能力 ， 进一 步造 成跨 冒。

《木家庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究》一、引言煤炭是我国主要的能源来源之一，随着浅部煤炭资源的逐渐减少，开采活动已经转向了更深层次的地层。

然而，深部软岩巷道在开采过程中常常面临变形破坏的问题，这不仅影响了矿山的生产安全，也对矿工的生命安全构成了严重威胁。

因此，研究木家庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏机理及支护技术，对于保障矿山安全生产具有重要意义。

二、木家庄煤矿概述木家庄煤矿位于我国某地，地质条件复杂。

矿区地层主要由软岩组成，且深度较大。

在开采过程中，深部软岩巷道经常出现变形、破坏等现象，严重影响了矿山的正常生产和矿工的安全。

三、深部软岩巷道变形破坏机理1. 地质因素木家庄煤矿地处地质构造复杂区域，地层中存在大量的断层、节理等结构面，这些结构面在地下工程开挖后易发生应力集中，导致巷道变形破坏。

此外，地层中的含水层、软弱夹层等也对巷道的稳定性产生了不利影响。

2. 采动影响随着煤炭的开采，地下应力重新分布，导致巷道周围岩体的应力状态发生改变。

当巷道周围岩体的应力超过其承载能力时，便会发生变形破坏。

3. 支护措施不当若支护措施设计不合理、施工质量差或支护材料选择不当等，都会导致巷道支护效果不佳，进而引发巷道变形破坏。

四、支护技术研究针对木家庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏问题，本文提出以下支护技术措施：1. 合理设计支护方案根据地质条件和巷道实际情况，合理设计支护方案。

在支护方案设计中，应充分考虑巷道周围的应力分布、岩体性质等因素，以确保支护结构能够有效地承受地压和采动影响。

2. 采用合适的支护材料选择合适的支护材料对于提高支护效果具有重要意义。

应根据岩体性质、地压大小等因素，选择具有较高强度和稳定性的支护材料。

同时，应确保支护材料的施工质量，以保证支护结构的整体稳定性。

3. 加强巷道监测与维护在巷道支护过程中，应加强监测与维护工作。

通过安装监测设备，实时监测巷道变形情况，及时发现并处理潜在的安全隐患。

煤矿建井巷道施工锚杆支护的原理、参数设定及设计方法摘要：为提高支护的强度和效果如通常采用锚杆辅以锚索做加强支护，锚杆理论已用理论方法确定煤矿巷道、硐室支护参数阶段，用该理论设计的巷道、硐室支护有理有据，文章就此提出论点，供广大同仁参考、指正。

关键词：煤矿矿井巷道锚杆支护1、锚杆支护作用原理锚杆是一种安设在巷道围岩体内的杆状锚栓体系。

采用锚杆支护的巷道，就是在巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆安设在锚杆孔内，对巷道围岩进行加固，以维护巷道的稳定性。

1.1悬吊作用悬吊作用是指将要冒落的围岩或者软弱岩层，用锚杆悬吊于上部的坚硬岩体上，由锚杆来承载围岩或者弱岩的重量。

1.2组合梁作用可将平顶巷道层状顶板看作是由巷道两帮为支点的叠合梁，在荷载作用下，各层板梁都单独弯曲，每层板梁的上下缘分别处于受压和受拉状态。

但是用锚杆将各组合板梁压紧之后，在荷载作用下，就如同一块板梁的弯曲一样，提高了板梁的抗弯强度，可以提高顶板岩层的承载能力。

1.3挤压加固拱作用在巷道周围系统地布置锚杆，使巷道拱部节理发育的岩体连接在一起，便在一定的范围内形成一个连续的、具有一定自承能力的拱形压缩带，使巷道围岩由原来作用在支架上的荷载变成了承载结构，以支承其自身的重量和顶板压力。

1.4减跨作用在巷道内安设锚杆，能够减少压力拱的高度和跨度。

如在巷道跨中打一根锚杆，相当于在该处打一根支柱，使原来的拱分为两个小拱，小拱的跨度为原拱的一半。

如果打三根锚杆，就相当于将原来的拱分成四个小拱，压力拱的跨度为原拱的四分之一，同时压力拱的高度也明显降低。

1.5围岩补强加固作用巷道深处围岩内的岩石处于三向受力状态，而靠近巷道周边的岩石则处于二向受力状态，后者的强度远远小于前者，因此容易受破坏而丧失稳定性。

在巷道内安设锚杆后，有些围岩又部分地恢复为三向受力状态，增强了自身的强度。

此外，锚杆还可以增强岩层弱面的抗剪强度，使巷道周边的围岩不易破坏和失稳。

2、锚杆支护参数的确定目前，用于煤矿巷道支护设计的主要的锚杆支护参数设计方法有下列几种：（1）悬吊机制及其围岩条件：在层状岩体中，锚杆将下部不稳定岩层悬吊在上部稳固的岩层上，锚杆承受的载荷为下部不稳定岩层的重量。

期建设时采用锚喷支护 ， 维修 过程 中采用 Ｕ形 钢支架 支护 ， 但支
取样位 置
掘进面
岩石名称
中细砂岩
岩样特征
灰色、 裂隙发育
护效果都不理想 。根据 已施工的东主运输 巷道钻孔 资料显示 ， 本
段岩石 区域地质构造复杂 ， 断层较多且含水 量大 。该巷 道在深部
高应力作用下 ， 巷道围岩变形量大 ， 支护 困难 ， 巷道 破坏严重 。这 种现象 已经严重影 响了荣华煤矿 的安全管理和生产建设 。 ３ ． ２ 高地 应 力影响 分析
荣 华 煤 矿 软 岩 巷 道 破 坏 机 理 与 支 护 研 究★
孙 广义
摘
李佳臻
徐方成
１ ５ ０ ０ ２ ２ ）
（ 黑龙江科技大学矿业工程学院 ， 黑龙江 哈尔滨
要： 基于荣华煤矿的地质条件 ， 分析 了软岩巷道围岩破坏机理 ， 提 出了“ 预应 力全锚 索加 固 ＋反底拱 ＋注浆加 固” 联合支 护技
的支 护技术是保证 矿井 安全 生产 的关键 Ｊ 。本 文结合鸡 西荣 华 根据现场观测 以及实验室岩样测试分析 ， 对 于巷 道 围岩形变
立井煤 矿具体 实例 ， 对其东主运输巷道破 坏变形 的特 点进行分 析 机理 ， 主要从 软岩 的性质 、 高 地应力 及不合 理 的支 护方式 等方 面 研究 ， 探讨深部高应 力软 岩巷道 的破坏 机理 ， 提 出解 决深 部高 应 进 行 研 究 。 力软岩巷道支护的技术方案。 ３ ． １ 软 岩性 质分析
表 １ 岩 石样 本
编号 取样地点
ｌ
崩解及膨胀等现象 ， 从而加快 了巷道 围岩 的变形破坏。 场东北部 ， 起 于 副 井 空 车线 ， 止 于 中三 采 区运 输 石 门 ， 长 度 约 引起 软化 、

体 ， 时间流 变时 ， 软弱 碎裂 围岩 的再变 形破 坏 在随 这些 过程 中的体 积碎胀 流动导致 巷道发 生大位移 ． 锚喷 网索耦合 支护设计就是 有效地将 复合变形 力
了围岩裂 隙 的分 布状况 ． 巷道断 面两帮和 顶板各 布 在
置 １ 观 测孔 ， 个 观测孔 深 均为 ８１观测情 况 见 图 ３从 ， １ ３ ． 观 测孔 中看到， 巷道 周边 围岩 破碎 区为 ０５ ０８ｍ 围岩 ． ． ， ～ 内部 ２５ ２ ＿ 围 内岩 石 破 碎 ， １４３ｍ 之 间岩 石 ． ．１ 范 ～ ８＇ １ １ ４ —． ．
学机 制转变 为单一 变形力学 机制 ， 到巷道稳 定 的 目 达 的． 支护来改 善 围岩 物理力学 性质 、 锚注 受力状 况及其 整体性． 底角锚杆可 以减弱巷道底 角部应力集 中程度， 有
稳 定 ， 解 决 类 似 条件 的极 软岩 巷 道 支护 问题提 供 了新 的 思路 ． 为
关 键 词 ： 软 岩层 ： 值 模 拟 ； 合 支 护 极 数 耦
中图分类号 ： Ｄ３ ０１ Ｔ ５．
文献标识码： Ａ
文章编号 ：６ ４ ５ ７ （０ ０ ０— ０ １ ０ １７ — ８ ６ ２ １ ）３ ００ — ６
Байду номын сангаас
场观测 、 ｘ射 线衍射 图谱分析和钻孔窥视仪 观测， 分析了极软岩层巷道的岩石矿物成份 、 变形机理和破坏原 因， 出了高阻让压 、 提 大刚 度、 高强度耦合支护技术， 用 Ｆ ＡＣ ￣ 并运 Ｌ ａ进行数值模 拟， 结果表 明采用大刚度 、 高强度耦合 支护是可行 的． 据现 场监 测数 据和耦舍 支 根 护原理， 确定 了合理 的各 支护环节耦合支护时间， 实践表 明， 工程 该技术能够软岩有效的控制极软岩巷道 围岩的强烈变形． 保证巷道的

深 井软岩 巷道支 护方案设计原 则及 分析
杨峻青 杨运 良 （ 河 理 大 安 科 与 程学 ； 河 神 集团 限 司 ， １ 南 工 学 全 学 工 院２ 南 火 有 公 ） ． ．
摘要： 随着矿 山开 采及其他岩土 工程领域 的迅 速发展 ， 软岩支 护与矿压 施保护 围岩 ， 防止围岩强度的降低。 控 制问题就变得愈加突出。 文分析了深部 地质条件下的现有支护 方式属锚 本 １ 软岩 巷道围岩 变形 速度快 、 ． ５ 变形量 大 ， 岩移压 力大 ， 自稳时 网喷支护与 Ｕ型钢拱形支 架联 合支护 方式 的特 点 ，提 出了深 井巷 道矿压 的 间长 。 相 应控 制原则 ， 设计了深井软岩巷道 的让压与锚注支 护方案。实践验证 了理 如果在 围岩 塑变急剧发展阶段架设刚性较强的永久支护 ，会使 论 分析 的正确 性及有效性。此方案具有较 为理想 的支护 效果 ， 可以实现较好 支护体在 强大的围岩变形力的作用下遭到破坏 ， 因此 ， 应采用作预 留 的经济利益。 变形 空间、 巷道掘后 以柔性较好的支护结构作 为第一次支护 ， 以适应 关键词 ： 深井 软岩巷道 支护 围岩压 力 让压 锚 注 ０ 引 言
２ 新 型 支 护 方 案 设 计
则， 不宜巷道掘 出后就立 即架设永久支架 ， 应采用先“ ” 刚 ” 柔 后“ 的二 用大断面和非封 闭的拱形断面 ，既有利于施工又为巷道 变形留有较 次支护。 。 一次 大空间 ， 围岩在锚 喷支护控 制下 能量充分释放 ， 使 以利 于二次支护。 支护应紧跟掘进头， 尽早安设 ， 对围岩不采取及时封闭补强和加固 若 ２１ 一次支护 ： ．． ２ 采用锚 网喷及锚索支护。具体 参数根据 所在巷 措施 ， 任其松动 变形 ， 则可能导致围岩破坏和冒落。二次支护支架通 道围岩具体性质确定。 常应在 掘巷 引起 的围 岩变形基 本上趋 于稳定 时安 设 ，一般 约掘后 ２１３二 次支 护 ： ．． 滞后掘进 工作 面一定距离进行二次 支护 ， 二次 ５ ｄ左右 ， ０ 并在设计巷道 断面 时考虑足够 的变形余量 。 支护采用锚注支护 ，二次支护时间通过对巷道一次支护后巷道位移

破碎软岩回采巷道支护技术与设计原理摘要：本文针对破碎软岩回采巷道支护问题进行研究，从理论上分析支护技术机理以及支护技术的设计原则。

对软岩回采巷道变形的影响因素进行分析，实施支护过程中要结合矿区的地质构造和岩层分布情况决定具体选用何种支护方式。

支护的出发点是充分发挥围岩巷道的自承能力，采用多种支护技术的结合能够增强支护效果，提高围岩巷道的承载能力和抗压能力，增强围岩的完整性。

关键词：软岩；回采巷道；支护；设计早在20世纪50年代，软岩问题就已经被提出。

目前我国有30多个煤矿出现软岩问题，软岩巷道的围岩控制已经成为影响煤矿生产的关键。

事实上我国对软岩问题非常重视，1958年便开始对软岩巷道支护系统进行研究。

并在“六五”、“七五”、“八五”期间陆续成为国家重点攻关项目[1]。

几十年来，在工程技术人员不断创新、认真总结过程中形成了较为成熟的软岩支护技术体系。

但是随着煤炭在不断开采过程中，开采条件和开采难度不断增加，部分矿区出现巷道围岩变形、高应力环境以及持续流变的软岩特性。

这些问题的存在直接影响着煤炭开采工作的安全实施。

因此，针对各个矿区的地质条件、围岩应力等具体情况选择合理的支护方式。

探索正确的软岩变形机理和围岩控制理论，对矿区的高效高产具有重要的理论意义。

1 软岩回采巷道变形因素和破坏形式软岩巷道发生变形后稳定性较差且难以控制，其影响因素是多方面的。

涉及到到力学性质、环境因素、工程质量、应力作用等多方面。

第一，软岩回采巷道两帮由煤组成，相比巷道顶部和底部岩层煤层的强度较低。

巷道顶部和底部岩层多为砂质泥岩、泥岩或其他复合型岩层构成。

其中最主要的矿物从成分是粘土，因此岩层多呈弱面发育，力学强度较低。

第二，巷道开掘后，巷道环境发生变化，岩层中的裂隙水和静水压对软岩层有侵蚀作用。

软岩产生物理化学反应后膨胀、湿化，围岩的承载能力自然受到影响。

软岩巷道变形后周围环境的不断变化影响稳定性[2]。

第三，施工过程中支护设计的不合理，施工管理不健全，用水管理较差等因素也会影响巷道不稳。

煤矿井下软岩巷道施工支护技术研究应用摘要：在我国煤矿底层中软岩分布广泛，煤炭储量在1000M以下的占比55%左右，随着我国开采深度的增加，我国大部分矿井巷道基本岩层结构多为软岩，深部巷道受高应力和高温度等影响，容易出现开采困难和巷道明显变形的问题，为解决软岩巷道下出现的巷道围岩变形大、稳定性差的问题，软岩支护成为困扰我国煤矿生产的问题之一，软岩巷道支护措施不当易造成巨大的返修量，还使得整个矿区陷入困境，因此，做好巷道软岩支护工作是煤矿矿井采掘工作的关键。

关键字：煤矿井下；软岩巷道施工；支护技术；研究应用1软岩的特性1.1软岩的临界荷载临界荷载是软岩固有的一种物理属性，通过软岩的工程力学实验表明：当软岩外部压力低于临界荷载时，岩体内部结构不会发生明显改变，整个岩体呈现出相对稳定的状态，力学曲线保持平直；随后，人为增加岩体外部工程压力，使压力逐渐趋近于临界荷载，则岩体内部预应力增加；通过继续增加工程压力，当工程压力超过软岩的临界荷载时，岩体就会发生明显的变形特性。

1.2软化临界深度临界深度与临界荷载是一组相互对应的概念，从两种软岩特性的支护应用上来看，临界深度更能反映软岩的塑性变形情况：在巷道位置较浅的情况下，软化临界深度较小，软岩不会出现明显的变形，此时开展软岩巷道的支护施工较为简单；但是当巷道位置达到软化临界深度时，围岩会产生大的塑性变形，并伴随有支护难、大地压等问题。

相关技术人员应当在岩体软化临界深度之前开展支护施工，以便于降低工作难度，保证支护施工质量。

2巷道变形的原因和支护原理2.1软岩巷道变形的原因煤矿开采中面临的一大难题是在高应力作用下的软岩巷道有效支护方式，巷道顶板的不稳定情况会影响到巷道顶板的稳定性，巷道两边的移动或顶板下沉容易导致巷道断面收缩，使得两帮的变形更加严重，从地板岩层方面的受力情况看，巷道地板处于未支护状态，随着巷道的不断挖掘，原本作用于地板岩层上的应力会恢复弹性，但水平应力却增加，会出现变形的情况；若挖掘的方向处于倾斜状态，巷道顶板的岩层会受到较大水平应力影响，出现顶板破坏的现象。

1、试述采区巷道常用的支护形式答：与矿井基本巷道不同，采区巷道使用年限较短，受采动影响严重，这类巷道支护有其自身的特点，主要支护形式有：（1）巷道内基本支护：巷道开掘后即架设的金属或木材支架，是支护采区巷道最基本的支护结构物，服务于巷道期限的始终。

（2）巷道内加强支护：指在高压区域或处于移动支承压力影响时，当基本支护不能保证巷道稳定时，采用的加强支柱等。

包括临时性加强支护和永久性加强支护。

（3）巷旁支护：为保护巷道而专门设置的一种人工构筑物，如矸石带、木垛、密集支柱等，通常用在沿空留巷靠采空区一侧。

（4）围岩加固类支护：指采用锚杆支护或化学加固的方法保持和增加围岩的稳定性，利用巷道围岩的自承力来达到维护巷道的目的，有的作为巷道基本支护使用。

（5）巷道联合支护：采区在采动影响下，支架和围岩相互作用处于变化的过程中，企图以一次支护达到一劳永逸是很困难的，因此，许多矿井的采区巷道采用上述不同形式的支架联合支护。

2、绘图说明无煤柱护巷的基本原理由于巷道前方分为卸载区、支承压力区和稳压区，卸载区载荷小，并且为了避免支承压力的作用，对巷道进行无煤柱护巷，就是把巷道布置在卸载区，这样顶板对巷道压力小，支护比较容易，主要无煤柱护巷的形式是沿空留巷和沿空掘巷。

上区段工作面回采后，采空区上覆岩层垮落，老顶形成“O—X”破断。

随着工作面推进，老顶周期性破断，破断后的岩块沿工作面走向方向形成砌体梁结构，在工作面端头破断形成弧形三角板（图8-8）。

老顶岩层在直接顶岩层跨落后，一般在煤体内（是相对于采空区而言的）断裂、回转或弯曲下沉，在采空区内形成岩层承载结构。

沿工作面倾向，岩体A、岩块B、岩块C组成铰接结构，该结构的稳定性取决于采空区的充填程度和老顶岩层的断裂参数。

采空区上覆岩层移动稳定后，沿空巷道位居岩块B的下方。

岩体A为本区段工作面老顶岩层，岩块B为上区段工作面采空区靠煤体一侧的弧形三角板，岩块C为上区段工作面采空区垮落矸石上的断裂岩块（图8-8）。