深部大倾角软岩煤巷锚网支护失效分析及优化

深部大倾角软岩煤巷锚网支护失效分析及优化

张利民

张利民（兖州煤业股份有限公司南屯煤矿调度室山东邹城273515）

摘要：对深部软岩进行开采时，煤巷锚网支护起到了十分关键的作用，但随着开采深度的不断加大，煤巷锚网支护的效果逐渐变差。为了对深部软岩煤巷支护效果进行改善，必须对深部大倾角软岩煤巷锚网支护失效的原因进行分析，并采取一定的优化措施，提高围岩控制效果。

关键词：深部；大倾角软岩；煤巷锚网支护0引言我国软岩资源十分丰富，最近几年的开采十分迅速，开采技术也得到了很大的提升。深部软岩开采的难度较大，采用煤巷锚网支护可以有效降低开采的难度，提高软岩开采的效率。但是，由于众多因素的影响，煤巷锚网支护经常出现失效的状况，影响了开采效果，必须对其进行全面的优化。

1软岩软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。抗压、抗剪切强度低，成岩胶粘程度差，受到构造力的影响，层理、节理发育，容易风化、破碎或含有易膨胀性物质，对井巷支护影响大的岩石称为软岩。目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点，同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。软岩工程研究的主要对象，是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体，包含岩块、结构面及其空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等；显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用，显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、粘弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。此定义揭示了软岩此定义揭示了软岩的相对性实质，即取决于工程力与岩体强度的相互关系。当工程力一定时，不同岩体，强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性，强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性；对同种岩石，在较低工程力作用下，表现为硬岩的变形特性，在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。

2煤巷锚网支护我国在软岩开采方面投入了大量的资金和技术，对于深部大倾角软岩的开采也取得了一定成就，煤巷锚网支护是对深部软岩开采的有效手段之一。锚网支护是一种十分先进的支护加固技术，集合了喷射混凝土、锚杆、钢筋网联合支护等手段，普遍应用于深部开采支护工程之中。锚网支护在环境比较恶劣的地质条件之下，特别是深部大倾角工程作业中效果十分明显，能够对边坡起到稳定的作用。软岩巷道具有自身的特点，通常围岩较软，并且遇水容易膨胀，传统巷道支护在开采时几乎起不到作用，对安全生产产生了十分不利的影响。

3煤巷锚网支护失效原因分析南屯煤矿是软岩开采的重点单位之一，在大倾角煤层开采过程中，矿井的深度将逐渐增加。煤巷巷道需要根据矿井的深度进行调整，当矿井深度增加时，巷道的断面将不断的加大。由于井下地质十分复杂，煤巷高帮经常被掏空，锚杆断裂现象时有发生，锚网支护变形严重，甚至出现失效的情况，对软岩开采的安全生产造成十分恶劣的影响。煤巷锚网支护失效的原因是多方面的，主要可以从以下几个方面进行分析。

3.1煤巷巷道高帮承受巨大地压压力深部大倾角软岩的开采需要进行精密的设计，煤巷巷道在设计时由于倾角的影响，会出现不平衡的状态，一边比较高，而另一边比较低。这通常是由于在设计采煤工作面时，其中的上下顺槽会与煤层顶板一起进行施工，但是通常煤岩层的倾角都比较大，在五十度左右，使巷道高帮产生了两米左右的平衡差。煤巷高帮在软岩开采时会产生较大的掏空面积，这样就使得煤巷高帮承受了比较大的水平应力和重力，极易在重压之下受到影响。煤巷高帮受到水平应力和重力的影响之后，就容易造成锚网支护的失效，通常会出现锚杆拉断、剪断、折弯的现象，锚网支护中的螺母托盘也极易脱落，会在顶帮的连接处出现一些离层，离层和片帮坠落之后将形成网兜。

3.2巷道受到淋水影响发生变形深部软岩开采时，部分巷道会处于地质构造带上，特别容易受到淋水的影响，使巷道发生变形，最终导致锚网支护失效。软岩开采的掘进工作面在通过向斜转折部位的时候，周边的断层会不断的发育，并且其中含有大量的水分，巷道掘进工作会受到很大的阻碍，顶板管理工作也很难进行。并且巷道也会受到地质构造的影响，在断层之间形成水道，对顶泥岩具有轻微的侵蚀作用，加剧了巷道的变形，导致锚网支护失效。

3.3围岩性质的改变软岩开采的主要是三软煤层，由于地质条件的影响，会使围岩的性质发生变化，从而导致锚网支护的失效。巷道顶板和底板岩层的性质通常为页岩或者是砂页岩，局部存在泥岩，这样的围岩结构十分松散，而且是节理发育特征，抗风、抗水能力都十分有限，强度很低，无法承受过大的压力。在软岩开采前的地质勘探不够及时，或者在开采设计时的巷道支护设计针对性不强，都将影响锚网支护的效果。锚网支护的锚杆需要进行适当的固定，但当其固定在比较松软的围岩之中时，其固力很难得到保证，锚杆脱落将对锚网支护的结构造成影响，使支护失效。

4深部大倾角软岩煤巷锚网支护优化锚网支护失效将对深部软岩开采造成十分不利的影响，甚至可能引起安全事故的发生，所以，必须在了解锚网支护失效原因的基础上，对锚网支护进行全面的优化，减少巷道维护成本，保障开采工作的安全进行。

4.1强化勘探和设计在对深部大倾角软岩进行开采施工之前，需要对煤巷巷道进行合理的设计，才能保证施工质量。设计之前需要对巷道周围的地质条件进行全面的勘测，综合运用各种勘探技术，如钻探、巷探等，并对岩层进行力学测试，通过数据的采集，根据数据信息对巷道和锚网支护进行设计。

4.2对高帮和围岩进行实时监测可以将高帮锚杆进行重新设计，打破原本均匀分布的特点，根据受力的不同，安排锚杆的位置，在高帮的拐角处安装锚杆，提高其稳定性。当工作面过断层变薄时，可以将巷道的断面设计进行改进，设计成拱形，增加巷内空间。根据施工进度对高帮和围岩进行实时监控，发现问题及时处理，避免锚网支护失效现象的发生。施工中要对施工质量进行管控，及时根据地质条件的变化对支护进行加固等相关维护，严禁偷工减料。

5结论总起来说，锚网支护在深部大倾角软岩开采过程中具有十分重要的作用，但由于各种因素的影响，锚网支护失效现象也经常发生。必须对锚网支护失效原因进行分析，有针对性的采取优化措施，提高锚网支护的效果。

参考文献[1]樊克恭,翟德元.巷道同岩弱结构破坏失稳分析与非对称控制机理[M].北京：煤炭工业出版社，2004.[2]姜耀东.巷道底鼓机理的及其控制方法的研究[D].徐州：中国矿业大学，I993.[3]孙晓明.煤矿软岩巷道耦合支护理论研究及其设计系统开发[D].徐州：中国矿业大学，2002.[4]孙晓明，何满潮.深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究[D].徐州：中国矿业大学，2011（05）.作者简介：张利民（1981.09—），男，汉族，山东省邹城市人，大学，助理工程师，现担任兖州煤业股份有限公司南屯煤矿调度室调度员/助理工程师，研究方向：掘进