摘要：软岩巷道支护是一项世界性难题，也是限制甘肃陇东地区煤矿开采的主要制约因素。甘肃华能天竣公司刘园子煤矿巷道围岩特性独特，岩石松软、易膨胀，遇风风化、遇水泥化，矿井建设以来，由于受水和软岩影响，导致开拓、准备及回采巷道底鼓、变形严重，维修费用投入巨大，限制了我矿正常生产作业，也给安全生产带来了极大隐患。
刘园子煤矿在矿井建设以来不断的探索试验研究巷道支护，通过多年的努力取得了一定的成果，目前开拓巷道采用：直墙半圆拱锚网索+全断面钢筋混凝土浇筑+包裹注浆；准备巷道采用：直墙半圆拱锚网索喷+底板反底拱混凝土浇筑+包裹注浆，在软岩巷道支护中取得较好的效果。
关键词：软岩、巷道支护、半圆拱、锚网索、混凝土浇筑、注浆。 1.刘园子煤矿矿井地质特征 1.1地层
刘园子井田发育的地层自老而新有三叠系、侏罗系、白垩系和第四系，侏罗系为含煤地层，煤层直接顶底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主。
1.2顶底板泥岩矿物成分
通过对刘园子煤矿井下主要地点岩石取样分析，煤层底板泥岩中粘土类矿物平均含量为44%，粘土矿物总体含量较高；粘土矿类矿物中伊蒙混层绝对含量分别为19.8%、12.5%、9.8%、11.9%、11.3%，岩石膨胀率一般为9%～18%，平均13.5%。
1.3主要煤、岩层单轴抗压强度
煤层平均单轴抗压强度11～12MPa，煤样浸水10天、20天和30天后的单轴抗压强度测定结果分别为11.39 MPa、8.95 MPa、5.02 MPa，浸水对降低煤样的单轴抗压强度有较明显的效果。
对于5-1煤顶底板岩层，顶板3～8m范围内为砂质泥岩，平均强度为29.37Mpa；对于巷道底板遇水泥化、或受水浸泡膨胀后后平均强度0.6MPa，整体来看，刘园子煤矿井下巷道围岩强度普遍较低，且遇水泥化、受水浸泡后岩石强度下降较大。
2.巷道支护方式、巷道变形量 2.1前期巷道支护方式
开拓、准备巷道设计支护方式：锚网喷支护、锚网喷+36U型钢支护，该种支护方案巷道后期受水浸泡后底鼓严重，两帮及底角移近量大，尤其是轨道石门2#联络巷以里受动压影响段，巷道架设的36U型钢棚被挤压变形，U型卡缆受力崩断，导致绝大多数巷道无法满足使用要求。
后期采用锚网+36U圆型棚+混凝土浇筑联合支护，通过对水平石门设置的观测点数据及实际情况可知，该种支护方案在同时受到采动压及巷道涌水侵害时巷道出现了严重破坏，底鼓严重，两帮移近量大，导致36U型钢圆棚变形，淋水严重的地方圆形棚挤压成“山顶”状，顶部钢棚断裂。该种支护方案主要是从底板进行破坏，然后破坏区逐步上移，最终导致整条巷道抗压失稳，产生破坏。
2.2巷道变形量分析
表2.1 软岩巷道围岩变形量汇总表
岩性 弹性变形量/mm 碎胀变形量/mm 遇水膨胀变形量/mm 蠕变变形量/mm 总变形量 /mm 煤 139.4 218.3 242.2 357 956.9 泥岩 78.6 291.0 402.7 531 1303.3 由表2.1可以看出，围岩中顶部和帮部为煤体时，理论计算得出的总变形量为956.9mm，与实际变形量差别不大。其中蠕变变形量占绝对优势，达到总变形量的37.3%；其次为碎胀变形和遇水膨胀变形，分别占总变形量比例为25.3%和22.8%；弹性变形量占比很小，占总变形量的14.6%。
底板为泥岩时，总变形量大于顶帮煤体，底板控制难度大于顶部和帮部。底板遇水膨胀和蠕变是引起底鼓的两大决定因素，分别占总变形量比例为40.7%和30.9%；碎胀变形为次要影响因素，为总变形量的22.3%；弹性变形量同样比例很小，只占总变形量的6.1%。
由以上分析可知，刘园子煤矿井下巷道围岩以蠕变变形为主，对于具有遇水膨胀特性的泥岩，遇水膨胀也是很重要的变形决定因素。因此，刘园子煤矿巷道围岩控制应着重考虑限制围岩蠕变变形和遇水膨胀变形。同时支护设计要根据煤巷和岩巷特性，考虑初期弹性变形及后期其他三类变形的不同影响程度。
3.现支护方式
针对刘园子煤矿软弱围岩特性，一是通过主动支护方案维持、提高围岩自身承载力，二是针对围岩主要变形因素采取针对性处理措施，以达到增强围岩自身承载力及控制变形的目的，根据多种支护方式实验及验证结果，我们对刘园子煤矿井下各类软岩巷道支护方案进行了设计优化，支护效果明显改善。
3.1开拓巷道
支护方式：锚网索+全断面钢筋混凝土浇筑+包裹注浆联合支护方式，具体支护参数：锚索规格为Φ17.8mm×6300mm普通钢绞线，间排距1600mm×1600mm；锚杆规格为Ф20mm×2400mm等强螺纹钢锚杆，间排距800mm×800mm；金属网采用φ6mm钢筋焊接而成1m×2m钢筋网，网格规格80mm×80mm；钢筋梯采用Φ14mm圆钢加工，钢筋梯长度为1.8m，梯格100mm
巷道顶部、帮部及底部采用湿式喷浆机进行喷浆，初喷厚度50mm，喷浆强度不低于C20，然后进行双层钢筋绑扎，钢筋圈筋及纵筋使用φ20@250mm螺纹钢钢筋，钩筋使用φ8@500mm螺纹钢钢筋，上下保护层50mm，整体浇筑C30混凝土，浇筑混凝土强度等级C30，浇筑混凝土所用水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，砂为中粗砂，石子粒径25mm～40mm，配合比水泥：砂子：石子配合比（重量比）为1：1.94：3.69，水灰比0.52；注浆方式采用包裹注浆，注浆孔规格Ф42mm×4500mm，浆液水固比0.55:1，固体中，水泥占比90%，灌浆剂占10%。
巷道掘进时若发现出水或巷道围岩较破碎，则在出水点附近改打相应长度的φ22中空注浆锚索。
图3.1 开拓巷道支护断面图
3.2准备巷道：
支护方式为：锚网索喷+底板反底拱混凝土浇筑+包裹注浆联合支护，具体支护参数：锚索规格为Φ17.8mm×6300mm普通钢绞线，间排距1600mm×1600mm；锚杆规格为Ф20mm×2400mm等强螺纹钢锚杆，间排距800mm×800mm；金属网采用
φ6mm钢筋焊接而成1m×2m钢筋网，网格规格80mm×80mm；钢筋梯采用Φ14mm圆钢加工，钢筋梯长度为1.8m，梯格100mm。
巷道顶部及帮部采用湿式喷浆机进行喷浆，喷浆分为两个阶段：初喷和复喷，初喷厚度50mm，复喷厚度100mm，喷浆强度不低于C20。巷道底板施工反底拱后，先喷射50mm厚C20混凝土，进行锚网支护（Φ22mm×2400mm等强左旋螺纹钢锚杆，锚杆间排距均为800mm×800mm。）后浇筑400mm厚单层钢筋网（钢筋φ20）混凝土反底拱，巷道浇筑后要成为一个整体，不能出现裂缝、孔洞，混凝土强度不低于C30。注浆方式采用包裹注浆，注浆孔规格Ф42mm×4500mm，浆液水固比0.55:1，固体中，水泥占比90%，灌浆剂占10%。
巷道掘进时若发现出水或巷道围岩较破碎，则在出水点附近改打相应长度的φ22中空注浆锚索。
图3.2准备巷道支护断面图
3.3支护后围岩变形观测结果
巷道支护完成后布置多个观测点进行观测，各观测点巷道围岩表面位移情况基本相同，选取胶带石门1#观测点进行说明，从1#观测点变形曲线可知，巷道底帮变形主要存在2个速率区间。一区间：巷道底鼓变形自2017年8月16日至2017年10月17日，其中C1平均变形速
率0.39mm/d，C2平均变形速率0.39mm/d；两帮收缩变形自2017年8月16日至2017年10月17日，平均变形速率0.32mm/d。二区间：巷道底鼓变形自2017年10月18日至今，巷道几乎未产生变形。
4.结论
根据刘园子煤矿多年实验研究，最终确定开拓巷道采用：锚网索+全断面钢筋混凝土浇筑+包裹注浆联合支护；准备巷道采用：锚网索喷+底板反底拱混凝土浇筑+包裹注浆联合支护方式取得良好的支护效果，采用该支护方式可以有效减缓和控制围岩巷道变形，确保井下巷道正常使用，但是该种支护方式支护强度较大，造价较高，只适用于井下主要巷道使用，各三软煤层矿井应根据自身实际情况对该种支护方式进行优化创新。
参考文献：
[1]杨乃忠、李永健、张琨、王钊 刘园子煤矿软岩治理关键技术研究结题报告，2018.11。
[2] 张农,李桂臣,许兴亮. 泥质巷道围岩控制理论与实践[M]. 徐州：中国矿业大学出版社,2011,01.
[4]庞建勇. 软弱围岩隧道新型半刚性网壳衬砌结构研究与应用[M]. 徐州：中国矿业大学出版社,2014,10.
[6]翟永. 锚网索喷浆卸压孔联合支护在软岩巷道中的应用[J]. 中州煤炭,2012,09.
[7]李延河. 刘宝敏、杨玉中 极复杂水温地质条件下“三软煤层开采关键技术” 科学出版社,2019,02
作者简介：王钊（1986-），男，甘肃环县，工程师，从事煤矿生产技术管理。E-mail：****************
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