煤炭采掘中深部软岩巷道支护技术优化研究

引言

煤炭作为我国重要的能源资源，在国民经济发展中占据重要地位。随着浅部煤炭资源的逐渐减少，深部煤炭开采成为必然趋势。然而，深部软岩巷道由于其特殊的地质条件，如高地应力、软岩特性等，使得巷道支护难度大大增加。若支护技术不合理，易导致巷道变形、坍塌等事故，严重影响煤炭生产的安全与效率。因此，对深部软岩巷道支护技术进行优化研究具有重要的现实意义。

1.深部软岩巷道特点及支护现状

1.1 深部软岩巷道特点

1.1.1 高地应力环境

深部巷道所处位置的地应力明显高于浅部，随着开采深度的增加，垂直应力和水平应力均显著增大。高地应力会导致巷道围岩产生较大的变形和破坏，增加了支护的难度。例如，在一些千米深井中，地应力可达数十兆帕，对巷道稳定性构成极大威胁。

1.1.2 软岩特性

软岩具有强度低、变形大、遇水易软化等特点。深部软岩在高地应力作用下，其塑性变形更为显著，巷道开挖后，围岩容易发生流变现象，变形持续时间长，且变形量不断增大。如泥岩、页岩等软岩，在巷道支护过程中，常因自身特性导致支护结构失效[1]。

1.1.3 复杂的地质构造

深部地层往往经历了多次地质构造运动，地质构造复杂，断层、褶皱等发育。这些地质构造会改变巷道围岩的应力分布，使巷道在掘进和支护过程中面临更多不确定性因素。例如，巷道穿越断层破碎带时，围岩破碎，自稳能力极差，极易发生坍塌事故。

1.2 现有支护技术及存在问题

1.2.1 传统支护技术

传统的支护技术如木支架、金属支架等，在深部软岩巷道支护中应用逐渐减少。木支架强度低，难以承受高地应力作用，且易腐朽；金属支架虽强度较高，但在软岩大变形情况下，易发生扭曲、折断，支护效果不佳。

1.2.2 锚网索支护技术

锚网索支护是目前深部软岩巷道常用的支护方式。锚杆通过将围岩与稳定岩体连接，提供锚固力；锚索则能施加较大的预紧力，增强围岩的整体稳定性；金属网可防止围岩表面破碎岩石掉落。然而，在实际应用中，存在锚杆锚索参数不合理、锚固力不足等问题。如锚杆长度过短，无法锚固到稳定岩层；锚索预紧力不够，不能有效抑制围岩变形。

1.2.3 注浆加固技术

注浆加固通过向围岩中注入浆液，填充围岩裂隙，提高围岩的整体性和强度。但在深部软岩中，由于围岩破碎、渗透性差异大等原因，注浆效果难以保证。如浆液扩散不均匀，部分区域无法得到有效加固；注浆压力控制不当，可能导致围岩进一步破坏。

2.深部软岩巷道支护技术优化策略

2.1 优化支护参数

2.1.1 锚杆锚索参数优化

根据巷道围岩的地质条件，如岩石强度、地应力大小等，通过数值模拟或理论计算，确定合理的锚杆锚索长度、直径、间排距及预紧力。例如，对于高地应力软岩巷道，可适当增加锚杆锚索长度，使其锚固到更深的稳定岩层中；提高锚索预紧力，增强对围岩的主动支护作用。同时，采用全长锚固方式，提高锚杆锚索的锚固效果。

2.1.2 注浆参数优化

合理选择注浆材料，根据围岩特性确定浆液的配合比、注浆压力和注浆量。对于渗透性较好的软岩，可采用水泥浆进行注浆；对于渗透性差的软岩，可选用化学浆液。通过现场试验，确定最佳的注浆压力和注浆量，确保浆液能够均匀扩散，充分填充围岩裂隙，提高围岩的加固效果。

2.2 改进支护材料

2.2.1 高强度锚杆锚索材料

研发和应用高强度、高延伸率的锚杆锚索材料，如高强度合金钢锚杆、纤维增强复合材料锚索等。这些材料具有更高的强度和韧性，能够在承受较大变形的同时保持较高的支护阻力，适应深部软岩巷道大变形的特点。

2.2.2 高性能注浆材料

开发具有早强、高强、微膨胀等特性的注浆材料。早强特性可使注浆体在短时间内达到较高强度，快速发挥支护作用；高强特性能够提高围岩加固后的承载能力；微膨胀特性可补偿注浆体凝固过程中的体积收缩，确保与围岩紧密结合。例如，采用超细水泥、改性水玻璃等材料制成的注浆材料，在实际工程中取得了较好的应用效果。

2.3 采用联合支护方式

2.3.1 锚网索与注浆联合支护

先采用锚网索对巷道进行初步支护，控制围岩的初期变形，然后进行注浆加固。注浆不仅能够提高围岩的强度，还能将锚杆锚索与围岩紧密结合为一个整体，增强支护结构的协同作用。如在一些深部软岩巷道中，先施工锚杆锚索，再进行壁后注浆，有效提高了巷道的稳定性[2]。

2.3.2 多种支护方式协同作用

多种支护方式的协同需基于巷道地质条件动态适配，核心在于通过技术互补实现“超前预处理-主动约束-被动承载”的立体防控。针对断层破碎带、软岩交界面等复杂区域，需遵循“先加固、再支护、强协同”的原则：首先采用超前注浆技术，通过定向钻孔将水泥-水玻璃双液浆注入围岩裂隙，填充空隙并胶结破碎岩体，提升围岩完整性与抗剪强度，为后续支护奠定基础；接着架设U 型钢或工字钢金属支架，利用支架的刚性承载能力抵抗围岩瞬时变形，避免局部垮塌；最后同步施工锚网索支护，通过高预应力锚杆与锚索形成主动约束体系，将围岩应力传递至稳定岩层，同时钢筋网与喷射混凝土封闭围岩表面，防止风化剥落。三种支护方式形成时空协同效应，注浆加固解决围岩自身强度不足问题，金属支架提供即时承载保障，锚网索实现长期稳定控制，共同抵御复杂地质条件下的多向应力作用，显著提升巷道抗变形能力与长期稳定性。

3.结论

深部软岩巷道支护技术的优化是保障煤炭安全高效开采的关键。通过深入分析深部软岩巷道的特点及现有支护技术存在的问题，采取优化支护参数、改进支护材料以及采用联合支护方式等策略，能够有效提高深部软岩巷道的稳定性，降低巷道变形和坍塌风险。在实际工程应用中，应根据具体的地质条件和开采要求，综合运用多种支护技术，并不断进行技术创新和实践探索，为煤炭深部开采提供可靠的技术支持。未来，随着对深部软岩巷道支护技术研究的不断深入，有望开发出更加先进、高效的支护技术，推动煤炭行业的可持续发展。

参考文献：

[1]王绪科,李仁宏.煤矿采掘巷道高强支护技术的应用研讨[J].现代盐化工, 2024, 51(04): 14-16.

[2]姚宗祥.煤矿开拓巷道支护技术的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020, 40 (13): 211-212.

作者简介：姓名：李永，性别：男，民族：汉，出生日期：1994.11.19，籍贯：宁夏固原，职务/职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：软岩巷道治理