動(dòng)壓巷道圍巖控制研究進(jìn)展及發(fā)展重點(diǎn)

賈瀚文

摘 要：隨著我國(guó)GDP的快速增長(zhǎng)，煤炭的需求量不斷增加。目前我國(guó)大部分礦井巷道為動(dòng)壓軟巖巷道。文章分析了動(dòng)壓巷道圍巖的顯現(xiàn)特征并對(duì)目前動(dòng)壓巷道圍巖控制研究進(jìn)展進(jìn)行探討，對(duì)今后動(dòng)壓軟巖巷道圍巖控制研究重點(diǎn)及其發(fā)展方向提出了見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：動(dòng)壓巷道 巷道圍巖控制 支護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD353.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0096-01

1 動(dòng)壓巷道礦壓顯現(xiàn)特征

動(dòng)壓巷道是指受采動(dòng)影響的巷道。由于礦井煤層的大面積開(kāi)采，在采空區(qū)周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中；開(kāi)采后殘留煤柱的上下方也有應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中系數(shù)約為原巖應(yīng)力的3～6倍，因此，動(dòng)壓巷道是受采動(dòng)集中應(yīng)力作用下的巷道。動(dòng)壓、軟巖巷道圍巖變形量一般可達(dá)數(shù)百毫米，嚴(yán)重時(shí)在1000 mm以上，因此，它們是大變形巷道，不穩(wěn)定巷道。

2 動(dòng)壓巷道圍巖控制研究進(jìn)展

2.1 巷道礦壓新理論

侯朝炯、馬念杰等提出采準(zhǔn)巷道礦壓理論，具體包括以下三個(gè)方面：

（1）圍巖塑性區(qū)不均勻的分布。

由于巷道圍巖分層性質(zhì)顯著，強(qiáng)度、厚度差別大，采動(dòng)后支承壓力分布不均勻，護(hù)巷方式不同等原因，圍巖塑性區(qū)分布是不均勻的。通過(guò)計(jì)算分析，提出了層狀巖體巷道圍巖塑性區(qū)的“*型”、“半*型”、“缺上（或缺下）的半*型”分布狀態(tài)。

（2）圍巖不均勻的整體下沉和局部上升。

由于層狀礦體大面積開(kāi)采，在不同護(hù)巷方式、不同采動(dòng)支承壓力的影響，形成圍巖不均勻的整體下沉和局部上升。

（3）加固巷道幫角控制底鼓，同時(shí)控制兩幫變形和頂板離層。

巷道底角應(yīng)力集中，因此，首先從角部開(kāi)始變形、破壞；兩幫下沉引起底鼓在水平應(yīng)力擠壓下底板鼓起。

2.2 ZKD高水速凝礦用新材料應(yīng)用

（1）性能簡(jiǎn)介。

這種新型注漿材料的優(yōu)點(diǎn)是高水灰比，速凝早強(qiáng)且可調(diào)，固結(jié)體強(qiáng)度高，峰后強(qiáng)度高，塑性好，具有微膨脹，破裂后可再膠結(jié)，流動(dòng)滲透性好，能適應(yīng)圍巖較大的變形，漿液成本較低。

（2）應(yīng)用

①沿空留巷巷旁充填。

根據(jù)切頂高度、圍巖應(yīng)力分布、充填體的穩(wěn)定性，按煤體極限平衡梁力學(xué)模型計(jì)算巷道支護(hù)阻力，從而確定巷旁充填體強(qiáng)度與寬度。

②巷道圍巖注漿加固。

研究了巷道圍巖注漿加固機(jī)理。對(duì)于處于峰后強(qiáng)度的破碎區(qū)、塑性區(qū)圍巖，通過(guò)ZKD高水速凝材料注漿加固，充填滿裂隙，圍巖的殘余強(qiáng)度將成倍地增加，顯著提高了圍巖的穩(wěn)定性。注漿封閉水源、隔絕空氣，有效地減少了圍巖風(fēng)化、破裂。

3 今后動(dòng)壓巷道研究重點(diǎn)及其發(fā)展方向

3.1 進(jìn)一步發(fā)展巷道支護(hù)技術(shù)

動(dòng)壓巷道支護(hù)主要使用金屬支架與錨桿支護(hù)，當(dāng)前應(yīng)著重解決以下問(wèn)題：

（1）關(guān)于金屬支架。

①剛性與可縮性支架的使用界限。

目前，不少應(yīng)當(dāng)使用可縮性支架的巷道仍然大量使用著剛性支架，造成支架大量損壞，支護(hù)費(fèi)用大幅度增加，巷道難以維護(hù)。應(yīng)當(dāng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)一步研究?jī)煞N支架使用范圍的界限。

②U型鋼可縮性支架的連接件。

它是可縮性支架的關(guān)鍵部件，決定支架的力學(xué)性能，特別是承載能力和可縮量。目前大量使用的螺桿夾板式連接件造成支架不可縮，支架及連接件大量損壞，應(yīng)積極發(fā)展雙槽型夾板式連接件。

（2）關(guān)于錨桿支護(hù)。

①進(jìn)一步發(fā)展和完善圍巖峰后強(qiáng)度強(qiáng)化理論。

該理論解決了破裂圍巖中錨桿的作用機(jī)理，并為支護(hù)參數(shù)確定提供了理論依據(jù)。當(dāng)前理論上需進(jìn)一步完善，并研究其適用條件，形成一整套確定錨桿支護(hù)參數(shù)的新方法。

②雖然我國(guó)目前較廣泛應(yīng)用了高強(qiáng)度錨桿，但所使用的20MnSi螺紋鋼材質(zhì)強(qiáng)度不高，其屈服強(qiáng)度僅340 Mpa，應(yīng)盡快研制、使用屈服強(qiáng)度高且保證有足夠延伸率的貓桿，使錨桿支護(hù)阻力能夠滿足工程需要。

3.2 研究礦用新型材料

近期發(fā)展起來(lái)的膏體、似膏體材料是一種性優(yōu)價(jià)廉的礦用新材料，有廣泛的應(yīng)用前景。

這種材料是以破碎的煤矸石、電廠粉煤灰或城鎮(zhèn)固體垃圾等作為主料，再配以少量底價(jià)膠結(jié)料（50～100 kg/m3）而成。它是一種不淅水的、牙膏狀稠漿體，固結(jié)后強(qiáng)度可達(dá)2～15 MPa（隨材料組分及膠結(jié)量不同而異同），價(jià)格低廉。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯朝炯，馬念杰.煤幫極限支承壓力的計(jì)算分析[D].第四界采場(chǎng)礦壓討論會(huì)論文匯編，1987.

[2] 馬念杰，侯朝炯.采準(zhǔn)巷道礦壓理論及應(yīng)用[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1995，10.

[3] 王衛(wèi)軍，朱香輝.深井煤巷底鼓控制原理與工程實(shí)踐[J].礦業(yè)工程研究，2009，10（4）：26-28.

[4] 孫曉明.煤礦軟巖巷道耦合支護(hù)理論研究及其設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2002.

[5] 何滿潮，李春華.錨索關(guān)鍵部位二次支護(hù)技術(shù)研究及其應(yīng)用[J].建井技術(shù)，2002，23（1）：21-24.endprint