破碎软岩巷道的支护技术方案探讨

软弱破碎矿体采场支护技术探讨

摘要:随着科学技术的进步和发展，我国金属矿开采行业进入了新的发展阶段，很多先进的技术和设备被应用到具体的矿产开采工作中,进一步提升了金属矿开采效率和开采质量，但是,大量的矿产资源开发和利用导致原有的矿井矿产资源数量减少,而当下的矿产资源开采方向也随之转变，更多深层次和构造复杂的地质环境中，矿产开采工作效率低下，安全性得不到保障，这都对深部矿井开采工作产生了很大的困扰。软弱破碎巷道支护工作是一个难度很高的工程，矿产开采深度不断增加，导致地层的压力也逐渐增大，但是由于软弱破碎区域强度不足，无法形成有利的支撑和保护效果，如果不采用科学合理的支护技术，很容易导致软弱岩石变形，出现坍塌等安全事故，因此，对软弱破碎矿体采场的支护技术提出了更高的要求。

关键词:软弱破碎矿体;采场;支护技术;分析

前言：软弱破碎矿体采场的支护技术难度很高，主要的支护难点在于应采取合理的方式对采场的地压进行控制，有利于保障金属矿回采工作的安全，技术人员在进行采矿方式的选择上，一般应用上向进路和下向进路的胶结充填方法开展回采[1]，目的是对采场的顶板结构进行质量和稳定性控制。最常用的支护方法有坑木支护、钢架支护和锚杆支护等等，具体的支护方法依据实际情况和支护要求而定。坑木支护技术优势很多，经济性高，技术应用门槛很低，技术应用十分广泛，但是缺点是木质材料容易雨遇水腐烂[2]，散发一定的热量，导致采场的环境变差，很多设备无法正常使用，恶劣的采场环境也对施工人员造成了一定的安全威胁，无法保障井下采场工作人员的生命安全，不利于矿山企业的稳定发展。基于此，加强软弱破碎采场支护技术的分析与研究具有一定的必然性，可以保障工作人员的生命安全，提高金属矿作业的效率，最终实现采矿企业的绿色与可持续发展。

1某矿山开采条件分析 1.1地质概况分析

经技术勘查与分析，该矿山的矿带有三类岩组。比例最大的是半坚硬的松散岩类。同时也有一大部分是半坚硬类与松散软弱类岩组。

浅析煤矿破碎软岩巷道控制技术

煤矿的矿坑、矿井周围的岩层容易被破坏，软岩巷道的安全支护显得尤为重要。如果采挖的深度继续加大，在应力的作用下，地下开采容易产生更多的软岩巷道安全问题。我国煤炭资源丰富，地下岩层结构复杂多样，软岩巷道安全问题一直是威胁煤矿安全开采的因素。研究软岩巷道的支护技术和控制技术，可以为煤矿业的巷道安全提供方案，完善巷道安全理论，对煤矿施工和生产具有巨大的安全意义。

标签：煤矿；软岩巷道；控制技术

前言

煤矿的安全建设与安全开采问题，一直是巷道挖掘工程的难题。文章将针对软岩巷道的控制方式进行阐述，对比各自的特点，努力寻求一种或几种有效的破碎软岩巷道的控制技术。

1 软岩概念简述

由于研究方向不同，对软岩主要从三个方面进行定义，第一种是从软岩层的物理结构—松、软、散—进行分析。一般认为，软岩形成时间短，胶结性差，岩体无法形成结构一致的整体。第二种是国际通用定义，是软岩的数字定义：单轴抗压强度范围是0.5-25Mpa。第三种是我国学者提出的工程定义，以“松动圈”为关键词，软岩是其厚度在1.5M以上的围岩。

2 破碎软岩巷道支护原理及控制机制

2.1 国外软岩支护理论简述

在最初的巷道研究，国外大部分学者认为，巷道上覆岩层的重量即为作用在支护结构的压力力量（F=γ·H），但是由于受当时技术的限制，深部地下工程较少，这个理论多为总结浅部地下工程，所以一直被认为是正确的。但是随着深挖技术的发展，F=γ·H理论与最新的工程实践存在矛盾，旧理论一度忽略了新的安全问题，所以相关学者不得不重新思考，找出解决深部巷道的支护问题，坍落拱理论应运而生，该理论认为，破碎软岩巷道的工程跨度与四周围岩性质决定了坍落拱的高度与范围。而国外较先进的理论是数值计算理论，该理论与计算机模拟软件的开发与应用有密切联系，利用模拟软件的离散元法、有限单元法等，为此理论提供技术支持。技术人员创造了连续介质力学方法和非连续介质力学方法。连续介质力学方法可以模拟岩体，需要将其等效成为一种连续固体介质，遵循固体力学的方法分析其在工程荷载下的力学特性与破坏过程。非连续介质力学方法的理论较为复杂，涉及不连续变形分析、块体理论等。石根华与Goodman为不连续变形分析方法建立了一整套块体系统运动学理论，完整的描述了非连续面岩体的运动和变形规律。

软岩巷道支护探索

软岩巷道支护不但需要技术可行，而且要经济合理，本文主要对于软岩巷道的支护技术进行了探索，希望能够为软岩巷道支护设计提供有力参考。

标签： 软岩;巷道;支护

引言：

长时间以来，软岩巷道一直是煤矿井巷工程中的一大难题，井深大、围岩软弱、破碎、松散、膨胀，特别是地压大的巷道。对于应力高、膨胀强的节理化复合型软岩巷道顶板，比如炭质页岩、花斑状泥岩、炭质泥岩、软质凝灰岩、软质黏土岩等，如果使用一般的方式支护更加困难。通常需要使用将多种手段联合起来，如高强预应力锚杆、喷射混凝土、注浆加固、U型棚钢支架等，才可以使巷道长期保持稳定。

一、软岩的定义

软岩是指单轴抗压强度小于30MPa的岩石，指松散、软弱的岩层，它是相对十分坚硬岩层而言的，自身强度很低，它是一种复杂岩石力学介质，在某种特定环境下可以显著塑性变形。

二、软岩的基本属性

软岩的10种基本属性为：（1）岩石强度低，单向抗压强度一般都在30～15MPa以下;（2）大多属粘聚力很弱的泥质胶结;（3）结构面发育，一般均属碎裂和散体结构;（4）岩石的空隙率大，通常都在15%以上;（5）含水率高，一般5%～10%以上，空隙率大和含水率高是软岩强度降低的重要原因;（6）吸水膨胀性强，这是含蒙脱石等粘土质矿物的主要属性;（7）软化系数大，软岩浸水后，强度降低程度遠大于一般岩石，软化系数在0.5以上;（8）对应力扰动极为敏感;（9）岩层流变性显着，掘巷和应力扰动引起的围岩变化量通常都高达数百、千毫米，围岩流变往往持续数年之久，流变速度达1mm/d左右;（10）抗震性能低，软岩巷道本身及附近爆破等都会引起围岩的显着变形。软岩巷道维护是一项非常复杂的工作。近年来，随着煤矿开采深度的不断增加，软岩巷道支护变得更加复杂。在软岩中布置巷道十分不利，会给矿井安全生产带来一定的影响。要想成功进行软岩巷道支护，应先了解软岩的基本性质。

三、软岩巷道围岩变性特征

探讨软岩巷道支护理论的发展

煤炭本身就是我国的主要能源之一，随着近些年煤炭资源的不断利用和需求量的不断增加，对于我国的煤炭行业带来了严峻的挑战，但是从我国煤炭资源的贮藏情况来看，我国很多矿产地区的煤炭深度都在800以上，因此我国煤炭的开挖深度也在以一定的速度逐年递增，深部找矿与采矿已经逐渐成为了我国煤矿事业发展的一个趋势。但是随着开挖深度的不断增加，如何选择合适的支护方案和支护方式就成为了保证矿井安全需要解决的一个重要问题，正确地解决软岩巷道的支护问题必须以科学全面的理论作为指导，这就要求我们要对软岩巷道支护理论的产生与发展的过程进行宏观的掌控，并在这个基础上进行不断创新与发展。

1 软岩巷道支护理论的国外发展情况

从20世纪初，国外就已经初步形成了对于巷道支护的理论，当时的古典压力理论认为支护结构所承受的压力就是其上部岩层的重力。但是随着煤矿开挖程度的不断加深，开挖深度的不断增加，这种古典压力学理论逐渐受到了人们的质疑，在实际的矿井支护中，也发现了很多理论和实际脱节的地方。此后又形成了松软压力理论，这种理论认为巷道围岩的主要承受能力和工程的跨度与围岩的基本地质特性有关，但是这种理论首次提出了围岩具有自承能力的相关概念，奠定了以后人们对于围岩性质研究的基础。再到后来，到了20世纪的50年代，在对于巷道支护的研究过程中，人们开始将物理学研究领域中的弹塑性力学相关理论引入其中，同时也产生了很多的著名理论和公式，比如Fenner公式和Kastner公式就是一种体现。再到了60年代，奥地利的工程师和专家们在充分总结以往研究成果经验的基础上，结合自身的实践，提出了一种新的隧道支护方法，也就是新奥法，这种方法对于当前的软岩巷道的支护起到了深远而又长久的影响。后来这种方法理论又得到了不断的完善和总结。

新奥法的基本理论认为隧道或是巷道的主要承载结构是围岩，因此当采用围岩进行巷道支护的过程中，首先要确保的是围岩具有足够的强度和压力承受能力，对于围岩的变动量和变动范围要进行有效的控制，防止由于出现形变而引起的围岩强度下降而造成的支护稳定性下降的现象的出现。另外在支护过程中，除了要根据实际选择正确的支护方式外，还需要正确地看待岩体对于围岩的影响，做好承载结构的建设工作。同时这种理论还认为最好的巷道开挖方式是全断面的掘进，这主要是基于应力的分布情况进行考虑的。新奥法的产生与发展对于隧道开挖和支护产生了巨大的影响，它不仅摒弃了以往理论的缺陷，同时在这个基础上进行了创新与发展，更具实际应用价值，但是在对于新奥法支护时间的选择、开挖方式等方面还存在着不足，还需要对其进行进一步的研究和完善。