我国突破弱含水层软岩巷道治理难题 "一隔三强"技术实现巷道稳定性革命性提升

问题所在 清水营煤矿110207运输巷埋深约480米,直接顶为厚层泥岩,弱含水层水体沿顶板裂隙渗入。巷道掘进后,两帮迅速鼓出、底板明显隆起,围岩月移近量最高接近800毫米。原有支护体系出现承载不足、协同失效,巷道断面收缩严重影响运输与通风系统安全运行。 根本原因 现场调查将问题归纳为"一水三弱":水与高比例黏土矿物共存,泥岩遇水软化、强度衰减,裂隙扩展与剪切滑移易发生;锚固基础薄弱,锚固段难以进入稳定岩层,受力传递效率下降;支护阻力扩散不足,浅部破碎带难以被有效挤密,承载结构难以形成;围岩自承能力弱,深部岩体强度与完整性不足。 理论分析表明,变形过程分为初始、急速、缓慢增长三个阶段,变形贡献约呈10%、30%、60%的分布。水的静水压力与软化效应共同延长裂纹扩展与塑性区演化时间,使后期变形持续时间明显拉长,成为制约巷道长期稳定的关键因素。 实际影响 变形失控不仅增加维护成本,更叠加安全风险。巷道两帮收敛与底臌引发净断面不足,影响设备通行、管线布置和作业效率;围岩破碎与渗水并存,可能诱发局部冒落、支护构件失稳及长期维修频次增加。随着开采深度增加,"弱含水层+软岩"条件更具普遍性,若治理技术不能实现标准化与可复制,将影响矿井安全高效生产的连续性。 治理方案 以"先隔水、再强化"为主线,形成"一隔三强"全链条治理思路。 隔断水路:采取全断面注浆对裂隙进行封闭充填,阻断水体与泥岩的接触通道,降低软化与水压对围岩裂隙扩展的推动作用,为后续支护形成稳定受力环境。 强化深部锚固:加长锚杆(索)锚固深度,将受力传递至相对稳定岩体,提高锚固咬合力与抗拔能力,改善浅锚固、深松动的结构性短板。 提升浅部承载壳:采用高预紧力与锚索补强,促使浅部破碎带被挤密成整体性更强的承载壳体,增强支护对围岩变形的主动约束能力,实现早期变形的有效截流。 增强围岩自承:注浆与喷浆协同,构建"壳—梁"结构,提高深部围岩强度与整体性,推动支护—围岩由被动顶托向共同承载转变。 工程应用 现场采用"锚索+网+注浆+喷浆"的全断面综合支护:锚索长度6米、间距1.2米,预紧力不低于50千牛;采用双液浆封闭裂隙,注浆压力不低于1.5兆帕;喷浆厚度不低于100毫米分两次成巷,同时预留二次注浆孔用于局部补强。巷道同步布设顶板离层和两帮收敛监测点,形成施工—监测—反馈—优化的闭环管理机制。 治理效果 支护实施后三个月的监测结果显示,两帮最大移近量降至51.9毫米,顶底板最大移近量为27.8毫米;裂隙面浆液充填密实,淋水量由原先约200毫升/分钟下降至基本无水。治理效果表明,隔水措施有效抑制软化与裂隙扩展,三强措施提升了浅部承载与深部自承能力,推动围岩变形从快、大、久转向缓、稳、可控。 业内人士认为,相较于传统先疏水、后支护的思路,先隔水、再强化更有利于尽早重构承载体系、缩短变形高发期,并降低后期维护不确定性。下一步可结合不同岩性组合、含水条件与应力水平,完善参数选取与标准化施工工艺,推动形成可推广的技术规范。

深部开采面临的挑战日益严峻,但每一次难题的破解都推动采矿技术进步。清水营煤矿"一隔三强"技术的成功应用,不仅解决了具体工程难题,更提供了一种系统、可推广的解决思路。这启示我们,面对复杂地质条件需要从根本原因出发,通过多学科融合、多措施联合才能找到既安全又高效的开采之道。随着这个技术在更多矿井的推广应用,深部煤矿的安全生产能力将继续提升。