煤矿软岩巷道的支护技术探讨

2011年第3期

doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2011.03.021

能源技术与管理

51

煤矿软岩巷道的支护技术探讨

蒋恒，张志勇

（永煤集团新桥煤矿，河南永城476600）

［摘

要］主要对煤矿软岩巷道的支护问题进行了探讨，概述了软岩的概念及分类，并简要分

析了软岩变形破坏的原因及规律，总结了锚杆支护技术、砌碹支护及喷砼技术、两帮煤体注浆加固技术等七种支护技术的作用原理及其优缺点与使用条件，并将支护技术应用于工程实践。

［关键词］软岩巷道；变形规律；支护技术

［中图分类号］TD353［文献标识码］B［文章编号］1672-9943(2011)03-0051-03

0引言

度、流变、风化、膨胀等；③围岩的工程特征表现为变形量大、来压迅速等，即所谓的“难支长期流变、护”。因此软岩以其大变形、大地压、难支护的特征一直困扰着煤矿的安全生产［1］。

根据软弱岩体中起主要影响作用的因素将软弱岩体分为软弱、破碎、软弱破碎、高应力和膨胀按《煤矿井巷工程锚喷支护设计试型五种类型［2］。行规范》中围岩的分类分5类Ⅰ稳定、Ⅱ稳定性较好、Ⅲ中等稳定、Ⅳ稳定性较差和Ⅴ不稳定。前四不能满足要求，应予补类较具体，第Ⅴ类较笼统，充，如表1所示。软岩的这个分类意见，可在施工实践中进一步修正。

软岩分类

蒙脱石含量/%0近似0>2010~15

塑性/%-4040

浸水湿化时间几小时裂碎几小时裂碎几小时裂碎几小时泥化几小时崩解

自由膨胀度

/%

40

膨胀力微小微小10

地压实质挤入性挤入性流变挤入流变性流变膨胀

随着矿井开采深度不断增加，与浅部稳定地层相比，深部地层应力高、岩体松软、自稳能力差，巷道的矿压控制与巷道支护一直是长期困扰着地下采矿工业发展的难题之一［1］。我国许多矿区，目前都存在软岩巷道支护困难的问题，并成为影响矿区发展和矿井经济效益的主要因素。

1软岩的概念及分类

软岩的概念应包含3个方面:①岩体的结构

破碎松散、高地应力和所处的环境，表现为软弱、

等;②岩体的物理化学和力学特性，表现为低强

表1

类别Ⅰ1Ⅰ2Ⅰ3ⅡⅢ

名称松碎岩层松碎岩层加泥松碎岩层夹膨胀泥

松软岩层膨胀岩层

莫氏硬度>3>3>3

裂隙性裂隙密集裂隙密集裂隙密集无无

饱水抗压强度（/kg·cm-2）

300200100

2软岩巷道变形破坏的原因及规律

由于巷道开挖，在巷道周边围岩内将会形成

圈围岩将发生破坏。从现场实际观测结果可以得出软围岩巷道变形规律:巷道围岩的压密、膨胀、

松弛(松动)区将会随着巷道的破坏而由表及里转化［3］。

一个松动圈，松动圈内的岩块既不是连续体，也不是松散体。围岩虽然已出现裂缝，但是破裂岩块之间仍处于相互衔接、相互啮合的状态。为了较好的了解软岩变形破坏过程，人们通过模拟实验来反映围岩变形破坏状态，得出应力-应变曲线，如图1所示。实验结果揭示:巷道围岩松动圈在σ-ε规律也经过压密、弹性、塑性、破坏四个阶段，当松-

52蒋恒，等煤矿软岩巷道的支护技术探讨2011年第3期

3软岩巷道支护技术

冒落；喷层中铺设钢筋网，可增加喷层的强度和柔混凝土喷层和钢筋性，提高支护的整体性。锚杆、

网三者组成的支护体与围岩紧密结合，共同承载，既充分利用和发挥了围岩的自承能力，又在与围岩共同变形过程中及时提供支护抗力，限制围岩产生有害变形，从而保持巷道稳定。3.3

砌碹支护及喷砼技术

砌碹支护是软岩支护的传统方法，利用支护

从软岩的定义和软岩巷道围岩的破坏过程可以看出，软岩具有压力大、强度低、变形速度快和巷道四周受压的特点，巷道的支护非常困难，目前还没有十分有效的解决办法，各矿主要根据巷道围岩强度、压力方向及围岩的整体性来选择巷道断面形状和支护形式。在确定巷道断面时主要考虑围岩的四周压力变化情况，在选择支护形式时要使支护体具有先柔后刚的特点，让围岩应力在变形中得到有效释放以减少对支护体的压力，并且采取二次支护技术，进一步提高巷道围岩的稳定性和安全性。在实际过程中，根据软岩的条件可选择以下支护方式。3.1

锚杆支护技术［4-5］

锚杆支护把围岩视为主动支护体，在软岩巷道围岩发生较大位移变形前施行锚固，使围岩形成具有较大刚度的整体，充分利用围岩本身的强度和自承能力，变荷载为承载体，阻止和减少离层

体自身的支护强度来支撑来自围岩的初期矿山压

力，待平衡后，支护体和围岩一起抵抗来自围岩层的压力。这种支护方法适合于巷道围岩非常破碎，矿压较大，采用锚喷支护优越性不显著;巷道围岩很不稳定，顶帮岩石易塌落，砼喷不上、粘不牢，锚杆的锚固力明显下降的含油泥岩、粘土岩及断层破碎带。

砌碹支护属刚性支护，由于巷道本身成形不规则，当应力重新分布时，支护体是局部而不是全部接触岩层。先接触岩层的支护体必将先产生形变，在地压过大时从某一支护薄弱点开始遭受损坏，碹体很容易被压碎，崩落。因此，探索用“刚柔结合，先柔后刚”的方式克服各种压力的不良影响，在碹体与围岩间预留间隙，并用砼、砂或碎矸石等填实，形成碹体均匀受压的缓冲层，在保证巷道有一定的可缩性情况下，尽量提高巷道整体承载能力。3.4

U型钢可缩性支架壁后充填层技术

U型钢可缩性支架是广泛应用于煤矿岩巷的

进一步发展。在巷道围岩上按一定网度布设锚杆形成锚杆群，其作用原理可分为悬吊作用、组合作用、挤压加固作用。

锚杆支护首先必须选择合理的锚杆长度，主要依据松动圈的范围和不稳定岩层的厚度，使锚固端锚固在围岩松动圈外的稳固围岩上；其次，确定合理的锚杆网度，考虑唯一的强度和整体性，必要时可进行围岩力学分析和模拟实验，以达到最佳锚固效果；第三，测定设计锚杆的锚固力，确保锚杆能够达到要求强度，如果由于软岩使锚固力不足，应适当加长锚固长度，或在锚杆支护中加入锚索，从而提高锚杆支护体的承载力，这种锚杆锚索支护形式在软岩巷道支护中被广泛采用。

对于角砾状破碎不稳固的矿体，锚杆支护可以通过合理的网度或与金属网联合作用达到提高软岩巷道整体稳定性的目的。对于围岩松动圈半径不大的采场巷道，锚杆支护是一项整体效果良好的控顶措施，但如果围岩松动圈半径超过锚杆有效支护深度，锚杆支护也不能保证围岩的稳定性。

3.2锚网喷支护技术

为了进一步提高软岩巷道稳定性，锚杆又被广泛应用于锚网喷技术中。锚杆锚固在未破坏的岩体上，阻止围岩松动变形和破坏;喷射混凝土喷一种被动支护，其最大优点是当围岩作用于支架

上的压力达到一定值时，支架便产生屈服缩动，缩动的结果使围岩作用于支架上的压力下降，从而避免了围岩的压力大于支架的承载力而导致支架的破坏，保证了巷道的正常使用。

但是由于施工技术、岩性条件等的限制，任何刚开挖出来的巷道周边都是凹凸不平的，与光滑的U型钢支架出现点接触现象，引起支架的受力不均匀，造成支架在复杂力系作用下工作，出现应力集中导致支架局部屈服从而影响整个支架的性能。根据国内外的试验结果和使用经验表明，U型钢可缩性支架壁后充填技术可以使支架均匀受力，有效地发挥支架的性能，在壁后密实充填的情

U型钢支架的承载能力可比不进行壁后充况下，

填时提高2.5～3倍。因为将一定厚度的胶结硬化材料进行壁后充填，可使支架与围岩紧密接触，保

2011年第3期能源技术与管理53

过充填层的压缩变形产生让压作用，提高围岩的自承载能力，控制围岩的变形。实施壁后充填后，巷道围岩与支架相互作用体系从无壁后充填情况下的“支架-围岩”作用体系变成了“支架-充填

三位一体的作用体系。U型钢支架壁后层-围岩”

充填采用砼喷射机直接喷射充填，不但充填密实、效果好，而且施工工艺简单、技术要领容易掌握，大大降低了工人的劳动强度，加快掘进速度。该支护方法主要适用于强膨胀岩层及断层破碎带。3.5离壁支护技术

所谓的离壁支护是指在料石碹或U型支架与巷道毛断面之间留有一定的间隙，且不进行壁后充填的一种打破常规的特殊支护形式。常规的料石碹或U型支架人工壁后充填，不仅工人的劳动强度大、工艺复杂、工作效率低，而且充填不匀称，造成充填物受力不均匀，在多数情况下是以“点”或“局部”形式传递压力，使碹体产生局部破坏。同时，围岩施加于支护体的压力具有一个峰值，峰值过后压力减小，然后稳定下来，稳定下来的载荷为围岩松动圈内岩石重量，而常规支架壁后充填支护在峰值到达之前完成，从而使得支架和充填物经受峰值压力的作用，容易破坏。

巷道掘进以后，打破了岩体的原始平衡状态，

为达到新的平衡，围岩就要产生产生次生应力场。

变形、破坏和冒落，壁后间隙就起到了释放应力的让压作用。假如壁后间隙的尺寸预留的合理，最终能导致巷道自然冒落，形成一定的冒落拱体，在其形成的过程中，拱内的应力得到了卸载(冒落的岩石重量由支架来支承)，拱外的压力转移到拱壁，大大减弱了支架上的压力，最大限度地发挥了岩石自身支承能力。同时，自然冒落拱的形成过程完成了壁后自然填充，而且离壁支架基本上是在巷道压力达到高峰值后才承受压力，故可充分发挥围岩的自承能力。

该技术构成一个“先柔后刚”的支护结构，具

施工安全、速度快、效率高、成本低有支护效果好、

和维护简单等优点。建议浅部开采矿山在无地质构造影响、无采动影响和无膨胀性的软岩中推广使用。

3.6二次耦合支护技术

一般情况下，软岩巷道具有初期变形速度快、变形量大、蠕变延续时间长等特点，因而巷道开

压力大、巷道一次支护成功率挖后表现为来压快、

岩控制技术可采用具有一定变形量的柔性支护，一次柔性支护让压，围岩体受力并进行二次支护。

达到较低变形速率下的力学平衡，充分发挥围岩承载力；大刚度二次支护，减少巷道岩体偏应力，使巷道围岩切向应力相对降低，径向应力相对升高，促进围岩应力向稳定应力状态转化。柔性支护可采用锚杆支护、锚注支护及锚杆与金属网等联合支护方式；大刚度支护可采用料石碹或U型支架等支护方式。该方式适用于深部松软破碎，具有

低强度、膨胀性、流变性的软岩巷道的支高应力、护。3.7

两帮煤体注浆加固技术

注浆加固可显著提高巷道围岩强度。极软煤

层巷道掘进以后，浅部围岩在支承压力作用下，产生破裂区和塑性区，以极小的残余强度参与围岩稳定过程，而通过注入高水速凝材料充填破碎围岩的裂隙，加上注浆材料的粘结作用，可显著提高固结体的强度和刚度，围岩的破坏由原来强度较低的弱面、裂隙控制转变为由强度较高的固结体控制。运用高水速凝材料对巷道两帮塑性区、破裂区煤层注浆加固，加固圈厚度可达2.0~3.0m，固结体强度达2~3MPa，显著提高了破裂区、塑性区煤体的残余强度，保持两帮稳定。两帮煤体注浆加固后不但提高了煤体强度，而且提高了煤体与树脂锚固剂之间的粘结力、加长了锚杆的锚固长度，提高锚杆锚固力。极软煤体注浆加固后锚杆锚固力一般可提高10kN以上。

4工程实例

某矿煤层单轴抗压强度1.5~2.0MPa，直接顶

为泥岩或砂质泥岩，单轴抗压强度15~30MPa底板为砂页岩，遇水具有膨胀性，试块单轴抗压强度为31.5MPa。开切眼埋深400~450m，断面宽×高为5.0m×2.6m。

锚杆支护：开切眼支护方案及参数如图2所

锚示。顶板:树脂全长锚固高强螺纹钢锚杆支护，

杆规格φ22-2400mm，间排距均为800mm，配合金属网和W钢带作铺助支护。考虑开切眼宽度达5m、顶板岩层强度小，采用小孔径预应力锚索加

长9.0m，锚索孔直强支护，锚索直径15.24mm，

采用树脂药卷锚固，锚固长度1000mm，径28mm，

在切眼中部布置1根，间距5m。两帮：树脂药卷

）的Q235圆钢可加长锚固（锚固长度为660mm

）

66

道成巷125m。

能源技术与管理2011年第3期

员调配合理组织协调的情况下可以保证施工进度。

［参考文献］

［1］李学华，杨宏敏,刘汉喜，等.动压软岩巷道锚注加固机

理与应用研究［J］.采矿安全与工程学报，2006，23（2）：159-163

［2］王卫东，李树清，欧阳广斌.深井煤层巷道围岩控制技

术及实验研究［J］.岩石力学与工程学报，2006,25（10）：2102-2107

［3］王襄禹，柏建彪，高祥.深井软岩返修巷道综合支护技

术研究［J］.能源技术与管理，2004（2）：32-34［4］陈大欣，王海龙，刘广美.深井破碎围岩及软岩巷道锚

注支护实践［J］.煤炭工程，2006（11）：34-37

［5］王其胜，李夕兵，李地元.深井软岩巷道围岩变形特征

及支护参数的确定［J］.煤炭学报，2008，33（4）：364-

现场施工中，按20m分时段：先用全断面长锚索主动控制围岩，接着采用U29钢棚可缩支护，再采用快硬水泥滞后注浆，三个地段平行作

采取这种锚架注联合支护方式，分阶段动态加业。

固，有力的控制了断层带地质构造应力引起的围岩破碎和巷道变形。巷道修复1a后，巷道顶板下沉量和两帮移近量：顶板最大下沉量为324mm，两帮最大移近量接近354mm。巷道整体支护效果良好。

5结论

通过现场工业性试验，得出以下结论：①采用锚架注“三阶段”强化支护动态加固技术，实现了对松散破碎围岩巷道的动态加固循环支护，动态补充破碎围岩强度，可以形成松散破碎围岩的厚层承载壳，以维护巷道的长期稳定性。②所采取的支护方案和具体参数，技术上可行，安全上可靠，达到了预期支护效果，维护了巷道稳定性，保证了回风石门的安全畅通。③修复工艺分阶段实施，各工艺工序分步骤进行，分别成巷，互不影响，在人

367

［作者简介］

胡国勇（1971-），男，河南汝南人，工程师，1994年毕业于湘潭矿院采矿工程专业，现为平煤十一矿总工办主任，主要从事矿井设计与管理方面的工作。

［收稿日期：2010-09-10］

（上接第53页）φ16×1800mm，间距700mm、排

距800mm，采用双抗塑料网和纵横双向布置的钢筋梯子梁护帮。

角为30°的注浆孔，注浆孔排距3.2m，注浆终压1.0MPa。在具体的支护过程中，应具体问题具体分析，对于用单一的支护方法难以得到理想支护效果的情况，要采用多种技术方法联合使用，以实现安全、经济、合理、高效的支护。

［参考文献］

［1］陈庆敏，马文顶，袁亮，等.软岩的工程分类及其支护

原则［J］.矿山压力与顶板管理，1997

［2］姚宝珠.软岩分类及软岩巷道支护方法［J］.煤炭安

全，2003

［3］何满朝，等.软岩工程地质力学研究进展［J］.工程地

质学报，2000（1）

图3锚杆布置示意图

［4］王新民，赵彬，张钦礼.采场顶板冒落机理及控顶技术

探讨［J］.中国矿业，2007，11:65-68

［5］王江生，黄汉富.三软煤层巷道锚杆支护技术［J］，矿

山压力与顶板管理，2000（4）：31-33［作者简介］

注浆加固：两帮用ZKD高水速凝材料作固化

剂，水灰比为1.5∶1，在两帮中部各布置一个φ42mm深2400mm的注浆孔，注浆孔排距3.2m，注浆终压1.0MPa，每孔注浆量50~100L。顶板采用聚胺脂作固化剂，在顶板中部布置一个φ42mm深2400mm、向工作面推进方向倾斜的与铅垂线夹

蒋恒（1981-），男，河南永城人，大学本科，从事煤矿安全开采方面研究。

［收稿日期：2010-12-07］

2011年第3期

doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2011.03.021

能源技术与管理

51

煤矿软岩巷道的支护技术探讨

蒋恒，张志勇

（永煤集团新桥煤矿，河南永城476600）

［摘

要］主要对煤矿软岩巷道的支护问题进行了探讨，概述了软岩的概念及分类，并简要分

析了软岩变形破坏的原因及规律，总结了锚杆支护技术、砌碹支护及喷砼技术、两帮煤体注浆加固技术等七种支护技术的作用原理及其优缺点与使用条件，并将支护技术应用于工程实践。

［关键词］软岩巷道；变形规律；支护技术

［中图分类号］TD353［文献标识码］B［文章编号］1672-9943(2011)03-0051-03

0引言

度、流变、风化、膨胀等；③围岩的工程特征表现为变形量大、来压迅速等，即所谓的“难支长期流变、护”。因此软岩以其大变形、大地压、难支护的特征一直困扰着煤矿的安全生产［1］。

根据软弱岩体中起主要影响作用的因素将软弱岩体分为软弱、破碎、软弱破碎、高应力和膨胀按《煤矿井巷工程锚喷支护设计试型五种类型［2］。行规范》中围岩的分类分5类Ⅰ稳定、Ⅱ稳定性较好、Ⅲ中等稳定、Ⅳ稳定性较差和Ⅴ不稳定。前四不能满足要求，应予补类较具体，第Ⅴ类较笼统，充，如表1所示。软岩的这个分类意见，可在施工实践中进一步修正。

软岩分类

蒙脱石含量/%0近似0>2010~15

塑性/%-4040

浸水湿化时间几小时裂碎几小时裂碎几小时裂碎几小时泥化几小时崩解

自由膨胀度

/%

40

膨胀力微小微小10

地压实质挤入性挤入性流变挤入流变性流变膨胀

随着矿井开采深度不断增加，与浅部稳定地层相比，深部地层应力高、岩体松软、自稳能力差，巷道的矿压控制与巷道支护一直是长期困扰着地下采矿工业发展的难题之一［1］。我国许多矿区，目前都存在软岩巷道支护困难的问题，并成为影响矿区发展和矿井经济效益的主要因素。

1软岩的概念及分类

软岩的概念应包含3个方面:①岩体的结构

破碎松散、高地应力和所处的环境，表现为软弱、

等;②岩体的物理化学和力学特性，表现为低强

表1

类别Ⅰ1Ⅰ2Ⅰ3ⅡⅢ

名称松碎岩层松碎岩层加泥松碎岩层夹膨胀泥

松软岩层膨胀岩层

莫氏硬度>3>3>3

裂隙性裂隙密集裂隙密集裂隙密集无无

饱水抗压强度（/kg·cm-2）

300200100

2软岩巷道变形破坏的原因及规律

由于巷道开挖，在巷道周边围岩内将会形成

圈围岩将发生破坏。从现场实际观测结果可以得出软围岩巷道变形规律:巷道围岩的压密、膨胀、

松弛(松动)区将会随着巷道的破坏而由表及里转化［3］。

一个松动圈，松动圈内的岩块既不是连续体，也不是松散体。围岩虽然已出现裂缝，但是破裂岩块之间仍处于相互衔接、相互啮合的状态。为了较好的了解软岩变形破坏过程，人们通过模拟实验来反映围岩变形破坏状态，得出应力-应变曲线，如图1所示。实验结果揭示:巷道围岩松动圈在σ-ε规律也经过压密、弹性、塑性、破坏四个阶段，当松-

52蒋恒，等煤矿软岩巷道的支护技术探讨2011年第3期

3软岩巷道支护技术

冒落；喷层中铺设钢筋网，可增加喷层的强度和柔混凝土喷层和钢筋性，提高支护的整体性。锚杆、

网三者组成的支护体与围岩紧密结合，共同承载，既充分利用和发挥了围岩的自承能力，又在与围岩共同变形过程中及时提供支护抗力，限制围岩产生有害变形，从而保持巷道稳定。3.3

砌碹支护及喷砼技术

砌碹支护是软岩支护的传统方法，利用支护

从软岩的定义和软岩巷道围岩的破坏过程可以看出，软岩具有压力大、强度低、变形速度快和巷道四周受压的特点，巷道的支护非常困难，目前还没有十分有效的解决办法，各矿主要根据巷道围岩强度、压力方向及围岩的整体性来选择巷道断面形状和支护形式。在确定巷道断面时主要考虑围岩的四周压力变化情况，在选择支护形式时要使支护体具有先柔后刚的特点，让围岩应力在变形中得到有效释放以减少对支护体的压力，并且采取二次支护技术，进一步提高巷道围岩的稳定性和安全性。在实际过程中，根据软岩的条件可选择以下支护方式。3.1

锚杆支护技术［4-5］

锚杆支护把围岩视为主动支护体，在软岩巷道围岩发生较大位移变形前施行锚固，使围岩形成具有较大刚度的整体，充分利用围岩本身的强度和自承能力，变荷载为承载体，阻止和减少离层

体自身的支护强度来支撑来自围岩的初期矿山压

力，待平衡后，支护体和围岩一起抵抗来自围岩层的压力。这种支护方法适合于巷道围岩非常破碎，矿压较大，采用锚喷支护优越性不显著;巷道围岩很不稳定，顶帮岩石易塌落，砼喷不上、粘不牢，锚杆的锚固力明显下降的含油泥岩、粘土岩及断层破碎带。

砌碹支护属刚性支护，由于巷道本身成形不规则，当应力重新分布时，支护体是局部而不是全部接触岩层。先接触岩层的支护体必将先产生形变，在地压过大时从某一支护薄弱点开始遭受损坏，碹体很容易被压碎，崩落。因此，探索用“刚柔结合，先柔后刚”的方式克服各种压力的不良影响，在碹体与围岩间预留间隙，并用砼、砂或碎矸石等填实，形成碹体均匀受压的缓冲层，在保证巷道有一定的可缩性情况下，尽量提高巷道整体承载能力。3.4

U型钢可缩性支架壁后充填层技术

U型钢可缩性支架是广泛应用于煤矿岩巷的

进一步发展。在巷道围岩上按一定网度布设锚杆形成锚杆群，其作用原理可分为悬吊作用、组合作用、挤压加固作用。

锚杆支护首先必须选择合理的锚杆长度，主要依据松动圈的范围和不稳定岩层的厚度，使锚固端锚固在围岩松动圈外的稳固围岩上；其次，确定合理的锚杆网度，考虑唯一的强度和整体性，必要时可进行围岩力学分析和模拟实验，以达到最佳锚固效果；第三，测定设计锚杆的锚固力，确保锚杆能够达到要求强度，如果由于软岩使锚固力不足，应适当加长锚固长度，或在锚杆支护中加入锚索，从而提高锚杆支护体的承载力，这种锚杆锚索支护形式在软岩巷道支护中被广泛采用。

对于角砾状破碎不稳固的矿体，锚杆支护可以通过合理的网度或与金属网联合作用达到提高软岩巷道整体稳定性的目的。对于围岩松动圈半径不大的采场巷道，锚杆支护是一项整体效果良好的控顶措施，但如果围岩松动圈半径超过锚杆有效支护深度，锚杆支护也不能保证围岩的稳定性。

3.2锚网喷支护技术

为了进一步提高软岩巷道稳定性，锚杆又被广泛应用于锚网喷技术中。锚杆锚固在未破坏的岩体上，阻止围岩松动变形和破坏;喷射混凝土喷一种被动支护，其最大优点是当围岩作用于支架

上的压力达到一定值时，支架便产生屈服缩动，缩动的结果使围岩作用于支架上的压力下降，从而避免了围岩的压力大于支架的承载力而导致支架的破坏，保证了巷道的正常使用。

但是由于施工技术、岩性条件等的限制，任何刚开挖出来的巷道周边都是凹凸不平的，与光滑的U型钢支架出现点接触现象，引起支架的受力不均匀，造成支架在复杂力系作用下工作，出现应力集中导致支架局部屈服从而影响整个支架的性能。根据国内外的试验结果和使用经验表明，U型钢可缩性支架壁后充填技术可以使支架均匀受力，有效地发挥支架的性能，在壁后密实充填的情

U型钢支架的承载能力可比不进行壁后充况下，

填时提高2.5～3倍。因为将一定厚度的胶结硬化材料进行壁后充填，可使支架与围岩紧密接触，保

2011年第3期能源技术与管理53

过充填层的压缩变形产生让压作用，提高围岩的自承载能力，控制围岩的变形。实施壁后充填后，巷道围岩与支架相互作用体系从无壁后充填情况下的“支架-围岩”作用体系变成了“支架-充填

三位一体的作用体系。U型钢支架壁后层-围岩”

充填采用砼喷射机直接喷射充填，不但充填密实、效果好，而且施工工艺简单、技术要领容易掌握，大大降低了工人的劳动强度，加快掘进速度。该支护方法主要适用于强膨胀岩层及断层破碎带。3.5离壁支护技术

所谓的离壁支护是指在料石碹或U型支架与巷道毛断面之间留有一定的间隙，且不进行壁后充填的一种打破常规的特殊支护形式。常规的料石碹或U型支架人工壁后充填，不仅工人的劳动强度大、工艺复杂、工作效率低，而且充填不匀称，造成充填物受力不均匀，在多数情况下是以“点”或“局部”形式传递压力，使碹体产生局部破坏。同时，围岩施加于支护体的压力具有一个峰值，峰值过后压力减小，然后稳定下来，稳定下来的载荷为围岩松动圈内岩石重量，而常规支架壁后充填支护在峰值到达之前完成，从而使得支架和充填物经受峰值压力的作用，容易破坏。

巷道掘进以后，打破了岩体的原始平衡状态，

为达到新的平衡，围岩就要产生产生次生应力场。

变形、破坏和冒落，壁后间隙就起到了释放应力的让压作用。假如壁后间隙的尺寸预留的合理，最终能导致巷道自然冒落，形成一定的冒落拱体，在其形成的过程中，拱内的应力得到了卸载(冒落的岩石重量由支架来支承)，拱外的压力转移到拱壁，大大减弱了支架上的压力，最大限度地发挥了岩石自身支承能力。同时，自然冒落拱的形成过程完成了壁后自然填充，而且离壁支架基本上是在巷道压力达到高峰值后才承受压力，故可充分发挥围岩的自承能力。

该技术构成一个“先柔后刚”的支护结构，具

施工安全、速度快、效率高、成本低有支护效果好、

和维护简单等优点。建议浅部开采矿山在无地质构造影响、无采动影响和无膨胀性的软岩中推广使用。

3.6二次耦合支护技术

一般情况下，软岩巷道具有初期变形速度快、变形量大、蠕变延续时间长等特点，因而巷道开

压力大、巷道一次支护成功率挖后表现为来压快、

岩控制技术可采用具有一定变形量的柔性支护，一次柔性支护让压，围岩体受力并进行二次支护。

达到较低变形速率下的力学平衡，充分发挥围岩承载力；大刚度二次支护，减少巷道岩体偏应力，使巷道围岩切向应力相对降低，径向应力相对升高，促进围岩应力向稳定应力状态转化。柔性支护可采用锚杆支护、锚注支护及锚杆与金属网等联合支护方式；大刚度支护可采用料石碹或U型支架等支护方式。该方式适用于深部松软破碎，具有

低强度、膨胀性、流变性的软岩巷道的支高应力、护。3.7

两帮煤体注浆加固技术

注浆加固可显著提高巷道围岩强度。极软煤

层巷道掘进以后，浅部围岩在支承压力作用下，产生破裂区和塑性区，以极小的残余强度参与围岩稳定过程，而通过注入高水速凝材料充填破碎围岩的裂隙，加上注浆材料的粘结作用，可显著提高固结体的强度和刚度，围岩的破坏由原来强度较低的弱面、裂隙控制转变为由强度较高的固结体控制。运用高水速凝材料对巷道两帮塑性区、破裂区煤层注浆加固，加固圈厚度可达2.0~3.0m，固结体强度达2~3MPa，显著提高了破裂区、塑性区煤体的残余强度，保持两帮稳定。两帮煤体注浆加固后不但提高了煤体强度，而且提高了煤体与树脂锚固剂之间的粘结力、加长了锚杆的锚固长度，提高锚杆锚固力。极软煤体注浆加固后锚杆锚固力一般可提高10kN以上。

4工程实例

某矿煤层单轴抗压强度1.5~2.0MPa，直接顶

为泥岩或砂质泥岩，单轴抗压强度15~30MPa底板为砂页岩，遇水具有膨胀性，试块单轴抗压强度为31.5MPa。开切眼埋深400~450m，断面宽×高为5.0m×2.6m。

锚杆支护：开切眼支护方案及参数如图2所

锚示。顶板:树脂全长锚固高强螺纹钢锚杆支护，

杆规格φ22-2400mm，间排距均为800mm，配合金属网和W钢带作铺助支护。考虑开切眼宽度达5m、顶板岩层强度小，采用小孔径预应力锚索加

长9.0m，锚索孔直强支护，锚索直径15.24mm，

采用树脂药卷锚固，锚固长度1000mm，径28mm，

在切眼中部布置1根，间距5m。两帮：树脂药卷

）的Q235圆钢可加长锚固（锚固长度为660mm

）

66

道成巷125m。

能源技术与管理2011年第3期

员调配合理组织协调的情况下可以保证施工进度。

［参考文献］

［1］李学华，杨宏敏,刘汉喜，等.动压软岩巷道锚注加固机

理与应用研究［J］.采矿安全与工程学报，2006，23（2）：159-163

［2］王卫东，李树清，欧阳广斌.深井煤层巷道围岩控制技

术及实验研究［J］.岩石力学与工程学报，2006,25（10）：2102-2107

［3］王襄禹，柏建彪，高祥.深井软岩返修巷道综合支护技

术研究［J］.能源技术与管理，2004（2）：32-34［4］陈大欣，王海龙，刘广美.深井破碎围岩及软岩巷道锚

注支护实践［J］.煤炭工程，2006（11）：34-37

［5］王其胜，李夕兵，李地元.深井软岩巷道围岩变形特征

及支护参数的确定［J］.煤炭学报，2008，33（4）：364-

现场施工中，按20m分时段：先用全断面长锚索主动控制围岩，接着采用U29钢棚可缩支护，再采用快硬水泥滞后注浆，三个地段平行作

采取这种锚架注联合支护方式，分阶段动态加业。

固，有力的控制了断层带地质构造应力引起的围岩破碎和巷道变形。巷道修复1a后，巷道顶板下沉量和两帮移近量：顶板最大下沉量为324mm，两帮最大移近量接近354mm。巷道整体支护效果良好。

5结论

通过现场工业性试验，得出以下结论：①采用锚架注“三阶段”强化支护动态加固技术，实现了对松散破碎围岩巷道的动态加固循环支护，动态补充破碎围岩强度，可以形成松散破碎围岩的厚层承载壳，以维护巷道的长期稳定性。②所采取的支护方案和具体参数，技术上可行，安全上可靠，达到了预期支护效果，维护了巷道稳定性，保证了回风石门的安全畅通。③修复工艺分阶段实施，各工艺工序分步骤进行，分别成巷，互不影响，在人

367

［作者简介］

胡国勇（1971-），男，河南汝南人，工程师，1994年毕业于湘潭矿院采矿工程专业，现为平煤十一矿总工办主任，主要从事矿井设计与管理方面的工作。

［收稿日期：2010-09-10］

（上接第53页）φ16×1800mm，间距700mm、排

距800mm，采用双抗塑料网和纵横双向布置的钢筋梯子梁护帮。

角为30°的注浆孔，注浆孔排距3.2m，注浆终压1.0MPa。在具体的支护过程中，应具体问题具体分析，对于用单一的支护方法难以得到理想支护效果的情况，要采用多种技术方法联合使用，以实现安全、经济、合理、高效的支护。

［参考文献］

［1］陈庆敏，马文顶，袁亮，等.软岩的工程分类及其支护

原则［J］.矿山压力与顶板管理，1997

［2］姚宝珠.软岩分类及软岩巷道支护方法［J］.煤炭安

全，2003

［3］何满朝，等.软岩工程地质力学研究进展［J］.工程地

质学报，2000（1）

图3锚杆布置示意图

［4］王新民，赵彬，张钦礼.采场顶板冒落机理及控顶技术

探讨［J］.中国矿业，2007，11:65-68

［5］王江生，黄汉富.三软煤层巷道锚杆支护技术［J］，矿

山压力与顶板管理，2000（4）：31-33［作者简介］

注浆加固：两帮用ZKD高水速凝材料作固化

剂，水灰比为1.5∶1，在两帮中部各布置一个φ42mm深2400mm的注浆孔，注浆孔排距3.2m，注浆终压1.0MPa，每孔注浆量50~100L。顶板采用聚胺脂作固化剂，在顶板中部布置一个φ42mm深2400mm、向工作面推进方向倾斜的与铅垂线夹

蒋恒（1981-），男，河南永城人，大学本科，从事煤矿安全开采方面研究。

［收稿日期：2010-12-07］