摘要： 神华宁夏煤业集团清水营煤矿属于“三软”煤层开采，软岩巷道的支护问题严重制约了矿井的安全生产，加剧了采掘接续紧张。本文结合地质资料及现场实际情况，提出了切实可靠的支护方案，有效地提高了巷道的稳定性，增加了巷道施工的安全性，这对软岩条件下煤矿安全开采具有重要意义。
Abstract： Shenhua Ningxia Coal Industry Group Qingshuiying Coal Mine belongs to the soft coal seam. Soft rock tunnel supporting seriously restricted the safety production of mine， intensified mining tension. Combined with actual situation， this paper puts forward the practical and reliable support program， effectively improves the stability of roadway and increases the safety of tunnel construction. It is of significance to coal mine safety under the condition of the soft rock mining.
关键词： 软岩巷道；巷道底鼓；平衡状态；安全施工
Key words： soft rock roadways；floor heave of roadway；equilibrium；safety construction
中图分类号：TD35 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）29-0100-02
1 主斜井原有支护方式
主斜井初设设计中，井筒表土段采用400mm厚混凝土砌碹支护，基岩段采用锚网喷支护，其中锚杆为Ф20×2100mm螺纹钢锚杆，菱形布置，网子用Ф6.5圆钢焊制的钢筋网，网格规格150×150mm，喷厚100mm。
2 支护中出现的问题及原因分析
2.1 支护出现的问题
主斜井采用锚带网喷支护，施工过程中出现不同程度的顶板下沉、裂缝、脱层掉包及底鼓等现象，局部出现冒顶，主斜井变形情况如图1。主要表现为：
①顶板喷层受挤压变形、掉包、下沉，锚杆支护失效，个别锚杆被拉出或拉断，掉包严重时出现冒顶；
②两帮受顶板下沉和底鼓影响，喷层开裂、向外鼓出，巷道宽度不够；
③台阶向巷帮一侧严重倾斜，水沟开裂变形。
2.2 原因分析
根据地质勘探报告资料，各煤层顶底板岩性和厚度变化较大，可采煤层顶底板岩性以砂岩及粉砂岩为主，泥岩次之，并有泥岩或炭质泥岩的伪顶、伪底。主要特征是：
①岩石较松散、易风化；
②岩石较完整，岩体结构多为互层状；
③煤层顶底板岩层均属较软弱或软弱类岩层，抗拉、抗压、抗剪切能力小；
④对二煤底板岩石进行矿物成分化验分析，伊利石40.4%，绿泥石29.8%，石英29.8%：伊利石、绿泥石为膨胀性矿物成分占70%这也是造成巷道破坏的重要因素。
从现场施工揭露情况来看，基本与地质报告提供的岩性相符，巷道开掘后，产生松动压力，围岩脱水风干或遇水后岩石产生膨胀压力，应力重新分布，出现巷道变形。
3 软岩巷道支护原理
3.1 极限平衡理论
巷道开挖后之所以遭到破坏是支护应力小于围岩压力，即极限平衡深入巷道围岩深度和巷道周边位移影响巷道围岩稳定性各种因素的综合反映。是巷道围岩稳定和矿压显现的表现形式[1-2]。
在巷道开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开挖后，破坏了围岩原有的三向应力平衡状态，应力重新分布。
弹性区、塑性区、破裂区的力学行为与岩石全应力应变曲线中的相应段是对应的，其中巷道围岩弹性区、塑性区对应与全应力应变曲线峰前段弹性、塑性变形阶段，破裂区对应于峰值后“软化”段和“残余强度”。
大量的现场测试结果表明：一般煤系地层中松动圈是普通存在的，即使处于低应力场中巷道，围岩在地应力作用下难以稳定。
软岩支护应根据围岩变形特征，采用“刚柔相济、及时封闭、缓冲让压、强化围岩”的基本原则。
3.2 支护原理
由于巷道的开挖破坏了围岩原有的三向应力平衡状态，使应力重新分布，一是切向应力增加，并产生应力集中；二是径向应力降低，巷道周边处应力达到零；三是围岩受力状态由三向变成近似二向，岩石强度下降许多，如果集中应力值小于下降后的岩石强度，围岩将处于弹塑性状态，围岩可自稳，不存在巷道支护问题。相反地，如果集中应力值等于下降后的岩石强度，围岩将发生破坏，这种破坏将从周边开始逐渐向深部扩展，直至达到另一新的三向应力平衡状态为止[3-4]。
现代岩石力学揭示，岩石破裂后具有残余强度，松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力，围岩既是支护压力的根源，又是抵抗平衡原岩应力的承载体，而且是主要的承载结构体。支护的作用在于维护和提高松动围岩的残余强度，充分发挥围岩的承载能力。在巷道开挖时要尽量减少对围岩的震动，减少巷道开挖后应力重新分布的扰动范围，同时通过及时封闭围岩或采用超前支护等加固措施，并加强治水，以保护围岩原始结构状态的强度。
4 支护方式演变及现有支护工艺
4.1 支护方式演变
初设中主斜井采用锚带网喷支护，现场施工时巷道变形量较大，经设计院变更支护为锚带网喷+锚索，其它同初设；井筒到位后在+1089m水平向下扩掘皮带搭接硐室，搭接硐室采用锚带网喷+29U型钢支架支护，随后出现变形进行维修，采用注浆锚杆+高强锚杆二次加强支护；+1089m水平向上至井口段施工厚度为400mm、强度为C30商品混凝土反底拱地坪；搭接硐室至井底段因巷道严重变形，进行全面维修，经多次维修形成了最终支护方案：预留变形量+锚带网支护+初喷50mm封闭+架设29U型钢棚并复喷成巷+锚注、高强度锚杆加强支护+反底拱地坪。
4.2 现有支护工艺
现有支护工艺为：预留变形量+锚带网支护+初喷50mm封闭+架设29U型钢棚并复喷成巷+锚注、高强度锚杆加强支护+反底拱地坪，主斜井现有支护工艺见图2。
锚杆：选用Ф20×2500mm螺纹钢锚杆，间排距不超过800mm；拱形托盘150×150×10mm；锚固端长度≥1m，锚杆的预紧力矩200N·m，底角锚杆要与巷道水平成45°夹角布置；
钢带：采用Ф16mm圆钢钢带，沿拱基线以上与锚杆同排布置；
网子：全断面挂钢筋网；
锚索：锚索采用Ф15.24×7300mm钢绞线，同排布置两根；
喷浆：喷射混凝土，强度C20，添加WG型抗腐蚀抗裂防水剂，添加量为水泥用量的10%，抗渗标号不小于S8。其中初喷厚度50mm，架棚后复喷成巷厚度175mm；
架棚：采用29U型钢棚，间排距600-1000mm，每根棚腿打设两组锁腿锚杆，锁腿锚杆采用Ф18×2100mm圆钢端头锚杆，且每相邻两组锁腿锚杆通过成品卡缆连锁联接；
锚注：选用ML50×27mm螺旋式专用锚注Ф25×3000mm，并有配套止浆塞、托盘及螺母，间排距1600×1600mm，矩形布置；
高强锚杆：KMG500矿用锚杆钢筋，Ф22×3000mm，间排距1600×1600mm，矩形布置。外端加工螺纹长度100mm，螺母配套，使用2节MSK23/70树脂药卷锚固，每根锚杆的预紧力矩为200N·m，采用专用托盘，规格为150×200×12mm；
注浆液配制：采用普通硅酸盐水泥，水灰质量比0.5；
反底拱：先抹200mm厚为混凝土反底拱；然后全断面铺设一层Ф20mm建筑用螺纹钢，网目规格为200×200mm，搭接长度600mm，通过14号铁丝进行捆绑；接着浇筑中间矢高600mm，两侧400mm厚混凝土地坪；最终形成中间矢高800mm，两侧600mm厚的切圆板梁反底拱地坪结构。
在支护设计中，针对不同的施工层位和地质条件，根据悬吊理论计算公式进行支护参数调整。
基于清水营煤矿近几年在矿井支护方面的经验和教训，结合现场施工实际现状，采取了强有力措施对已遭受变形破坏的井巷工程进行修复加固，使工程修复加固后不再有较大变形，能保证在有效的服务年限内正常安全使用；并针对不同地质条件下的井巷工程进一步优化支护方案，对新掘的井巷工程采用技术预案，即对新掘工程支护方案进行研究优化，调整支护结构形式和支护参数，在施工中加强矿压监测，根据变化情况，及时进行支护加固，使巷道免遭过大的变形和破坏。
5 结论
清水营煤矿在建矿初期对井下复杂多变的地质条件认识不足，遵循初设的相关技术参数和支护设计进行施工，施工工程绝大部分在中后期发生变形破坏，严重影响了井筒及巷道的正常使用，制约了建井速度。问题出现后，及时采取应对措施，进行大胆实践，不断提高完善，结合本矿软岩特点和巷道的变形规律，在不断探索和实践中，通过理论分析和现场实践，逐步总结出了一套基本适用的软岩巷道支护方式，即：“扩大断面→减震开挖→及时封闭→成形规整→复合支护→反底拱治理底鼓”。将软岩巷道支护的着眼点放在充分利用和发挥围岩的自承能力上，不断调整支护方案、改进工艺流程，以达到控制围岩变形，维护巷道稳定的目的，有效地降低了巷道维修成本，增加了巷道施工的安全性，提高经济效益。
参考文献：
[1]陈超群，陈庆峰，何利辉，贾尚昆.锚网索支护技术在软厚泥岩巷道中的应用[J].煤矿安全，2012，43（8）：160-163.
[2]何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报，2000，8（1）：56-62.
[3]刘高，聂德新，韩文峰.高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J].岩石力学与工程学报，2000，19（6）：726-730.