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摘 要：随着煤矿采掘深度的逐渐增加，淮南矿区越来越多的矿井将要进入千米深部，掘进与支护的矛盾显现突出。深部软岩巷道围岩压力大，破碎岩体增多、地质条件恶化、地应力增大、地温升高、水压增大，导致深部软岩巷道掘进困难，开挖后围岩稳定性控制与支护难度加大，常产生大变形而破裂失稳，支护破坏严重，顶板压垮、底臌变形大，环境恶化、生产成本增加、安全事故多发。煤矿生产建设的发展趋势迫切需要对该类群巷道掘进与支护问题进行深入研究，本文就淮南矿区软岩巷道掘进与主动支护技术进行了初步探讨与介绍，探讨了淮南矿区软岩遵循“宜炮则炮、宜综则综”的掘进原则，软岩巷道掘进与主动支护问题的合理方法与有效途径。

关键词：深部 软岩巷道 稳定 掘进 支护技术

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

0引言

淮南矿区位于华北板块，煤田盆地由南北翼对冲推覆运动构造，构造复杂，地层内应力很大，地层岩性多为泥质页岩、泥岩，围岩大部分为Ⅳ类不稳定或Ⅴ类极不稳定类别，因此必须把握影响巷道支护的主要因素，按类别研究不同巷道的支护技术。

1 深、浅部岩巷稳定性分析

就问题的实质而言，深部与浅部的主要区别在于巷道围岩所处的应力环境的差别，进而导致围岩强度和变形性质的明显差异。就煤矿而言，在浅部十分普通的岩石，在深部可能表现出软岩的特征---易变形并具一定的延续性、蠕变性强。

浅部原岩大多处于弹性状态，深部原岩处于潜塑性甚至塑性状态，巷道开挖后，由于巷道自由面一侧应力减为零，围岩由开挖的三项应力状态调整为二两应力状态，若支护效果不佳，导致围岩很快由表及里发生大变形。

2 深部围岩变形破裂机理

2.1 岩石破坏机理

任何材料的破坏，从不同部分散离的状态来看，不外是两种，即产生散离的部分互相远离或错开。所以物体的破坏机理归结到底只有两种：即拉断和剪切。因此岩石的破坏，从其机理上说也只有拉坏和剪坏，对于岩石类抗压不抗拉的材料，多以剪切破坏为主。

2.2 高地应力作用

淮南矿区处于-700m～-1000m深度的岩石，即使在自重应力的作用下，其原岩应力达到20Mpa左右。开挖后造成法向应力卸荷幅度近20MPa，周向应力增加幅度40～60MPa，最大偏应力（σ1-σ3）达到60～80MPa，这两个方向应力的一降一升产生了围岩的高应力与低强度之间的突出矛盾，必然导致围岩开挖后的快速劣化，裂隙由表及里快速萌生与扩展，很快导致围岩的破裂失稳。

2.3 高渗透压与风干失水作用

开挖前：深部围岩处于很高的静水压力作用下，围岩体内孔隙压力很高；呈饱和状态；或处于干燥、半干燥的紧密压缩状态。

开挖后：导水裂隙发育处：近表围岩孔隙压力大大减小（等于大气压力），有效应力大大增加。

2.4 温度梯度的作用

随着开采深度的增加，地温阶梯状升高，巷道开挖后，由于通风造成距巷道表面一定深度的围岩内部产生较大的温度梯度（特别是冬季），引起附加的温度应力、附加变形 ，围岩离层，进一步增高最大剪应力（σ1-σ3），加剧高应力与低强度的矛盾。

2.5 岩爆作用

在构造应力较大的区域遇到坚硬、脆性岩石时，必然在围岩替内集聚很高的弹性应变势能。巷道开挖扰动造成开挖面附近一定深度范围内应力场调整，易诱发围岩体内弹性应变势能突发性释放，造成岩爆灾害。

综上所述，围岩骨架受到大大高于岩体强度的有效应力，使得围岩高应力与低强度的矛盾尤为突出，破裂损伤的速度和范围难以控制。

3 深部围岩稳定性控制对策

3.1 掘进方式

掘进方式遵循“宜综则综、宜炮则炮”原则。为减少扰动对巷道围岩的危害，在条件适宜时，岩巷尽量采取综合机械化掘进，若条件限制采用炮掘施工时，必须采用光面爆破技术，为发挥围岩的承载能力，尽可能采用全断面一次成型，减少对围岩的二次震动。

3.2 支护技术

3.2.1 支护时间

巷道开挖后要在最短时间内最大限度地恢复巷道自由面上的法向应力，改善因巷道开挖导致劣化的近表围岩的应力状态，提高围岩的非固有强度和变形模量，限制围岩沿巷道自由面法向和结构面法向的张开变形。

3.2.2 支护强度

用高强支护增强围岩，提高围岩的固有抗剪刚度，限制围岩沿潜在破裂滑移面的剪切变形，有效提高围岩抵抗高应力作用下剪切破坏的能力。

3.2.3 修复作用

选择恰当时机采用高强高韧材料加固损伤破裂区围岩，使开挖扰动产生的破裂区得到固结，损伤区得到修复，提高围岩的完整性和整体强度。

4 深部软岩掘进及支护技术

4.1岩巷掘进技术

淮南矿区岩巷掘进普遍采用的以传统钻爆法为主。近年来，在“岩巷的根本出路在于机械化” 精神的引领下，矿区岩巷机械化水平得到较大的提高。

淮南矿区进入2014年来正常保持20条以上岩巷综掘作业线、10条液压钻车作业线作业。除个别矿井因地质和采场条件制约外，其余各生产矿井均不同程度推广使用了岩巷综掘、液压钻车等机械化作业线。

以钻爆法为主的岩巷机械化作业线主要配套主要有三种：第一种是气腿式凿岩机配耙斗式或铲斗式装岩机作业线；第二种是液压钻车配侧卸装岩机作业线；第三种是液压钻车配履带式挖掘装载机（耙装机）+皮带转载机+（矸石仓）多矿车、牵引机车的作业线，其中在淮南矿区成功推广使用第三种。

以综掘机为主的机械化作业线主要配套：综掘机、二运皮带转载机、皮带转载机、矸石仓、多矿车、牵引机车等。

4.2掘进方法选择的影响因素：

（l）岩石的坚固性。掘进系统经济性在很大程度上取决于岩石的种类、抗压强度及其磨蚀性。坚硬的岩石可采用综掘机掘进或钻爆法掘进。

（2）运输及装配条件。使用全断面综掘机，迁移和安装是个重要问题。在矿井和主巷道中运输时拆卸成零部件，装配时需要一定的空间。

（3）岩体控制与稳定性。综掘机掘进与钻爆法掘进相比，除了掘进速度高外，还有一些系统本身固有的优点，如开挖出的巷道帮壁较光滑，有利于支护；可以靠近工作面紧接着掘进连续进行支护；支护受力均匀，其承载能力比与岩石贴合不良的支护大数倍。而钻爆法往往造成围岩松动。

（4）综合除尘。钻爆法掘进中主要采用湿式凿岩防尘，加强通风和喷雾洒水等方法除尘；综掘机掘进采用湿式除尘风机除尘，主要以除尘风机为主要除尘设备，以合理配风为主要措施，辅以其它除尘设施，建立健全综掘综合防尘工作长效机制。

（5）掘进速度和机械利用率。综掘机掘进的主要优点是平均掘进速度高，纯掘进速度和机械利用率是巷道综掘机2个重要的指标。纯掘进速度可根据刀盘每旋转一周滚刀的切人深度和刀盘转速来确定。刀具切入深度除了与岩石条件有关外，还取决于刀盘的结构，刀具的种类、数量及其配置等情况。提高机械的利用率是加快掘进速度的关键，这要求对其配套作业进行很好的组织。通常支护时综掘机工作间断时间过长，导致部分断面综掘机利用率大多不超过30%。

4.2 岩巷支护技术

深部软岩掘进采用工作面超前锚杆+临时支护，防止片帮冒顶，确保施工安全。针对拱顶、底板中央、两边墙拉伸破坏区，采用预应力锚索加固，以控制拱顶下沉、底臌、两帮收敛变形；针对两拱肩应力集中区，采用加密锚杆、增大锚杆抗剪强度和刚度，控制剪切破坏区发展；针对两侧底角应力集中区，增设帮脚锚杆和底角注浆锚管，提高围岩抗剪强度，阻止剪切滑移；与底板锚索共同抵抗底臌变形；全断面后注浆补强，对破裂损伤区围岩固结修复，并增强锚杆（索）的支护效果，确保巷道的长期稳定。

4.2.1锚杆（索）施工技术

（1）锚杆高应力。给锚杆施加高应力是恢复和改善围岩应力的有效途径，淮南深部矿区采用扭矩达到1200N·m的MQS90J2型气动锚杆安装机，使锚杆达到足够的预应力。

（2）锚杆采用全长锚固。淮南矿区工程实践已经证实，深井高应力软岩条件下，端部树脂锚固的难以保证达到预期的支护效果，要保持围岩稳定，实现全长锚固至关重要

（3）锚注联合支护。淮南矿区自2011年9月开始引入中空注浆锚索支护技术，先后试用于深井巷道修复加固、深井大巷掘进支护、沿空掘巷支护、沿空留巷支护等方面，取得了显著成果。

4.2.2加强底板支护

对于深部软岩巷道，底板必须采取有效的支护措施，否则巷道底板塑性破坏区的剪切滑移必将导致巷道周围其余部分围岩的进一步变形破坏。

4.2.3 滞后注浆工艺

滞后注浆加固的作用机理体现在两个方面。一是对围岩裂隙固结增强。注浆后，围岩裂隙得到粘结，提高了围岩的完整性，使得列些的抗剪强度及刚度大大提高；二十改善围岩表面应力状态。注浆压力消散后再喷层及围岩表面之间仍存在一定的残余应力，在锚网喷支护的基础上进一步增强了作用于围岩表面的分布面力，有效改善围岩的受力状态，提高围岩强度，维护围岩的稳定。

5 工程实践

淮南矿业集团矿业工程分公司在新庄孜矿北一-812m62313底板巷大断面坚硬岩石巷道掘进中，采用 CMJ-17HT履带式全液压掘进钻车打眼、P-90B耙矸机、皮带机联合出矸，月最高进度达到127m的好成绩。

淮南矿业集团矿业工程分公司在朱集北矿西一回风大巷（北）大断面软岩巷道掘进中，采用国产综掘机施工，以二运皮带转载机、皮带转载机、矸石仓、多矿车、牵引机车为主的排矸系统，取得了月最高进度达266m好成绩。

淮南矿业集团谢一矿-780m13槽地板运输巷岩性主要以碳质泥岩、中细砂岩为主。采用普通炮掘施工，P60耙装机配合1.5t矿车出矸，“三八制” 作业，支护技术采用高预应力超强锚杆、锚索和网喷支护顶帮，反底拱控底拱，开挖一月左右采用滞后全断面注浆固结修复围岩。

6 结语

淮南矿区深部软岩巷道掘进按照经济指标、地质条件、及掘进速度要求等，遵循“宜炮则炮、宜综则综”的原则，合理选择掘进方式，钻爆法为主的岩巷机械化作业线主要以液压钻车配耙装机+皮带转载机+（矸石仓）多矿车、牵引机车的作业线；综掘机械化作业线主要以综掘机、二运皮带转载机、皮带转载机、矸石仓、多矿车、牵引机车等为配套。

淮南矿区深部软岩巷道主动支护技术采用锚杆全长锚固、底部锚杆支护和中空注浆锚索支护技术、围岩开挖扰动区滞后注浆工艺，以联合支护方式代替单一的被动支护形式， 通过支护体与围岩间的主动和动态的相互作用， 来全面保持巷道围岩与支护体系的长期稳定， 延长巷道的修复周期，满足现代化高效煤炭生产发展的要求。

参考文献：

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