煤礦回采巷道變形破壞機理及加強其支護探索

程洪飛 李守廣 徐繼東

（東泉興礦業(yè)集團大興煤礦，山東 棗莊 277319）

煤礦回采巷道主要是指為煤礦開采形成工作面并為煤礦開采服務的巷道。煤礦回采巷道形態(tài)是否完整對礦井通風與礦工通行及開采煤礦運輸都產生非常重要的影響。此外，巷道的形態(tài)是否完整還嚴重影響著煤礦開采工作人員的生命安全。為此，在煤礦開采過程中煤礦單位非常重視煤礦回采巷道的完整性與使用性能。

1 回采巷道發(fā)生變形破壞的具體表現(xiàn)及所呈現(xiàn)出的基本特點

1.1 回采巷道發(fā)生變形破壞的具體表現(xiàn)

回采巷道發(fā)生變形破壞具體表現(xiàn)在以下幾個方面：巷道斷面的面積有所縮減；巷道的支架在壓力的作用下發(fā)生形變或是折斷；“工”字型鋼梯支架發(fā)生變形；巷道支護的具體形狀發(fā)生改變等。

1.2 回采巷道發(fā)生變形破壞所呈現(xiàn)出的基本特點

回采巷道發(fā)生變形破壞所呈現(xiàn)出的基本特點通常表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，就巷道圍巖的穩(wěn)定情況而言，回采巷道的具體位置如果位于煤層相對穩(wěn)定的單一煤層中，巷道內部的頂部與底部的板巖比較堅硬，在煤礦開采過程中與煤礦運輸過程中能夠保持穩(wěn)定的形狀，一般不用采取維護加固措施；當巷道具體位置位于礦井內部巖石成分相對復雜的煤層當中時，在煤礦開采與運輸?shù)倪^程中，巷道的形態(tài)會發(fā)生不同程度的變形，需要投入一定的維護成本對巷道進行檢修與維護。第二，當巷道一側的煤層被采空，此時煤礦的巷道容易發(fā)生變形，而巷道兩側的煤層均為開采時，巷道會在長時間內保持相對穩(wěn)定的形態(tài)。第三，同一巷道內部，處于煤礦開采影響范圍內的巷道較非影響范圍內的巷道更容易發(fā)生變形。

2 導致回采巷道發(fā)生變形破壞的主要影響因素

2.1 圍巖變形對回采巷道發(fā)生變形破壞所產生的具體影響

在進行巷道挖掘施工后，巷道是否會發(fā)生形變破壞與圍巖應力有著緊密的聯(lián)系，當圍巖應力過小，在圍巖屈服極限之內，此時巷道處于非常未定的狀態(tài)下，無需采取支護手段。當圍巖應力過大，遠遠超過圍巖的屈服極限時，此時圍巖的彈性狀態(tài)便會消失，轉而呈現(xiàn)為塑性狀態(tài)，在塑性范圍內的圍巖統(tǒng)稱為塑性區(qū)。塑性狀態(tài)下的圍巖在外力的作用下容易產生圍巖塑性變形，進而導致巷道發(fā)生變形。當巷道支護所承受的阻力不變的情況下，此時巷道內部的塑性區(qū)域半徑與塑性區(qū)域周圍的位移情況隨巷道內圍巖強度的變大而發(fā)生減小。在這種情況下，巷道如果是見頂見底的或是處于上分層時，巷道的形態(tài)會處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)之下，而處于這種狀況下的處于斷層帶內的巷道，或是處于煤層比較松軟的區(qū)域的巷道，巷道的穩(wěn)定性就很難得到保障，容易發(fā)生變形。

2.2 重疊支撐壓力對巷道變形破壞所產生的具體影響

當煤礦回采巷道處于一側已經被采空的煤體內時，隨著煤礦開采面的不斷向前推移，此時煤礦回采巷道會受到來自采空區(qū)內部所剩余的支撐力與煤礦開采面所產生的超前支撐力的雙重壓力。在雙重壓力的作用下，煤礦回采巷道所受到的采空區(qū)的殘余壓力不會因開采界面的推移而發(fā)生位移，而開采面所產生的超前支撐壓力會隨著開采面對轉移而轉移，為此在煤層向采空區(qū)凸出的拐角處會產生高于原巖應力數(shù)倍以上的重疊支撐壓力。在這種強大的壓力作用下，煤礦回采巷道會發(fā)生嚴重的變形破壞。

2.3 巷道支護對回采巷道變形破壞所產生的具體影響

在單一分層的巷道內部，巷道內部的頂板相對完整，巖層結構也比較單一，這種巷道在煤礦開采與運輸?shù)倪^程中一般不會發(fā)生變形，此時通常采用工字鋼梯形支架或是木支架來進行巷道支護。在下分層回采巷道中，巷道受到來自煤礦采動壓力與巷道圍巖應力的共同作用，此時巷道中支架所承受的壓力嚴重超過了支架固有的承壓范圍，木支架在壓力的作用下會折斷，而工字鋼支架則會在壓力的作用下發(fā)生嚴重的變形，此時支架的兩幫腿便會向巷道中間擠出,支架折斷或是變形導致支架的承壓能力消失或是下降，導致巷道棚距拉大或是導致巷道加強支護滯后,種種狀況都會導致巷道發(fā)生變形，不利于煤礦開采工作的進行。

3 巷道發(fā)生變形破壞需要加強支護

從分析可知,既然回采巷道在工作面向前推進進程中不可避免地要遭到采動壓力、相鄰采空區(qū)殘余支承壓力的共同作用，那么為防止回采巷道變形與破壞，就必須對其進行加強支護。加強支護原則上應滿足以下條件:第一，減少塑性區(qū)的擴展范圍；第二，增加塑性區(qū)圍巖的強度，提高圍巖的自承能力；第三不使巷道內的原基本支架受力狀況惡化；第四不影響巷道使用；第五經濟、方便。另外，對加強支護范圍應根據(jù)不同的地質條件和支護形式確定。一般情況下，普遍采用在工作面前方0-50m進行加強支護。

加強支護的方式，應依據(jù)以上的選擇原則，并結合現(xiàn)場的實際情況加以確定。這種支護的作用機理是將無加強支護時“支架——圍巖”作用體系變成“支架——加強層——圍巖”三位一體共同作用體系，其作用具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，增加了加強支護，使基本支架與圍巖的外載比較均勻地作用在基本支架周圍，改善了支架的受力狀況；第二加強支護與基本支護共同作用，有效地減少了圍巖塑性區(qū)的擴展范圍，進而減少了巷道的周邊位移；第三該支護方式經濟方便，不影響巷道使用。

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