地質(zhì)在深層煤礦巷道支護(hù)中的重要影響

杜浩輝（冀中能源冀中股份公司東龐礦開拓二區(qū)，河北 邢臺(tái) 054200）

地質(zhì)在深層煤礦巷道支護(hù)中的重要影響

杜浩輝
（冀中能源冀中股份公司東龐礦開拓二區(qū)，河北 邢臺(tái) 054200）

我國是一個(gè)多煤、少油、少氣的國家，煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著相當(dāng)大的一部分比重，尤其是近些年來，鋼鐵產(chǎn)能的增加以及發(fā)電、取暖使得煤炭的用量逐年遞增，隨著淺層煤炭資源的日益減少，使得我國的煤炭開采深度逐年增加。在這一過程中，煤礦巷道軟巖問題是一直困擾著深層煤炭資源開采巷道支護(hù)的難題，其對于煤炭的安全、高效生產(chǎn)有著重要的影響，在總結(jié)深部巖體由于外部因素而導(dǎo)致的其結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)行為更為復(fù)雜。本文將在分析深層煤層地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上提出如何做好軟巖巷道的支護(hù)工作。

軟巖；巷道支護(hù)；地質(zhì)特性

煤炭是我國的主要能源，在長期的開采過程中使得各大煤礦礦井的開采深度都在逐年加大，隨著深度的增加，礦井巷道所面臨的地質(zhì)狀況也越來越復(fù)雜，有很多的礦井都面臨著程度不一的軟巖問題，深部的巖體中會(huì)受到復(fù)雜的地質(zhì)應(yīng)力影響，從而增大了深部巷道巖體的應(yīng)力變化，使得巷道巖體的結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性大大增加。為了做好巷道的支護(hù)工作，應(yīng)當(dāng)對深層巷道的地質(zhì)狀況有充分的了解。本文將在分析深層巷道地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上，提出如何做好深層巷道的支護(hù)。

1 深層巷道所面臨的地質(zhì)狀況

隨著煤礦開采深度的增加，其礦井巷道所面臨的地質(zhì)狀況更為復(fù)雜多變，其所受到的地應(yīng)力也隨著深度的增加而增大，尤其是在一些地層較為活躍且地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化所引起的殘余構(gòu)造應(yīng)力更為嚴(yán)重；此應(yīng)力作用在深層巷道中會(huì)使得巷道所面臨的變形量和變形速率都大大增加，且受到的變形應(yīng)力持續(xù)時(shí)間較長，尤其是應(yīng)力所引起的流變性更為嚴(yán)重，這是造成煤礦深層巷道支護(hù)破壞的主要影響因素之一。通過對以往煤礦深層巷道中的地質(zhì)狀況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，在深層煤礦巷道遭遇軟巖的情況下，其巷道的軟巖受高應(yīng)力的作用短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變形破壞，而是受深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的高應(yīng)力的作用呈現(xiàn)出較為明顯的流變特性，從而使得深層煤礦巷道在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生持續(xù)性的變形并在達(dá)到所能承受的極限后產(chǎn)生較為明顯的破壞?？偟膩碚f，煤礦深層高應(yīng)力軟巖巷道中圍巖的變形破壞與其流變特性密切相關(guān)，意思就是隨著深層煤礦巷道的挖掘，巷道圍巖的變形量與變形速率在不斷的積聚增大，并在一段時(shí)間后達(dá)到巷道軟巖結(jié)構(gòu)所能承受的最大值后產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。總體來說，在一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且強(qiáng)度較低的巖層所受到的流變現(xiàn)象影響較為嚴(yán)重，例如：泥化夾層軟巖、膨脹性泥巖、軟弱夾層等，以上這些軟弱巖層在受到重力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及采動(dòng)應(yīng)力組成的復(fù)雜應(yīng)力場的共同作用下，煤礦巷道周圍軟巖的流變現(xiàn)象會(huì)隨著時(shí)間的推移而越來越明顯，對煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定性的影響也越來越強(qiáng)。所以在進(jìn)行煤礦巷道支護(hù)時(shí)需要考慮圍巖流變性對煤礦巷道支護(hù)所產(chǎn)生的重要影響。

深層煤礦巷道軟巖在高應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性變形，且具有高地壓、變形量大、支護(hù)困難等特性，深層煤礦高應(yīng)力巖一般是古代及部分中生代軟巖含大量的高嶺石、伊利石等膨脹性粘土礦物，成巖時(shí)間較長且結(jié)構(gòu)較為致密，通常在較高的應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出較為明顯的軟巖特性，其中高應(yīng)力軟巖多為較硬的巖石，巖體的破碎性、強(qiáng)度等都較低，受到明顯的外力后容易破碎且流變性極高，在進(jìn)行深層煤礦巷道的挖掘前，整個(gè)高應(yīng)力巖在深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)高應(yīng)力作用下，整個(gè)巖體是整體閉合受力的，整個(gè)巖體穩(wěn)定且具有一定的受力承載能力；而當(dāng)深層煤礦挖掘后，破壞了高應(yīng)力巖的整體性，使得深層煤礦巷道處于地應(yīng)力的環(huán)境作用下，整個(gè)深層煤礦巷道的巖體結(jié)構(gòu)面張開、貫通，造成受力加大且流變性較為明顯，整個(gè)巖體不穩(wěn)定且承載強(qiáng)度較低。

2 深層煤礦巷道圍巖變形破壞的主要特性

深層煤礦巷道軟巖在長期處于地質(zhì)高應(yīng)力的作用下使得巷道周圍的圍巖呈現(xiàn)出較為明顯的變形破壞性，整個(gè)圍巖具有較為明顯的流變性和大的變形能力，圍巖的自穩(wěn)定時(shí)間短而變形的時(shí)間較長且變形量較大，這些都為深層煤礦巷道圍巖的支護(hù)帶來了極大的影響。在低應(yīng)力的地層環(huán)境中，巖體受力后呈現(xiàn)出較為明顯的破壞性，且以脆性斷裂為主，間或有巖石的永久變形或塑性變形，甚至是沒有。而隨著煤礦開采深度的增加，其應(yīng)力逐漸向高應(yīng)力轉(zhuǎn)換，其特性表現(xiàn)為深部延性力學(xué)影響行為。

3 深層煤礦巷道的支護(hù)

3.1 錨注支護(hù)技術(shù)。錨注支護(hù)技術(shù)主要是通過采用錨桿與注漿管相結(jié)合后所實(shí)行的一種新型支護(hù)技術(shù)。其主要的施工方法是通過用高壓的方式向圍巖所含有的大量裂縫中注入能夠膠結(jié)硬化的水泥砂漿等，加大了深層煤礦巷道圍巖的整體性，增強(qiáng)其受力能力，從而提高了深層煤礦巷道的長期穩(wěn)定性。其主要特性如下：（1）通過采用水泥砂漿等封閉了巖體中的縫隙，封閉了水源、隔絕了空氣。（2）通過采用注漿技術(shù)可以對深層煤礦巷道圍巖中變形較為明顯的關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)化，提高深層煤礦巷道圍巖的長期穩(wěn)定性。（3）深層煤礦巷道圍巖的錨注支護(hù)方式可以與其他深層煤礦巷道的支護(hù)方式相結(jié)合，從而形成多層次、深結(jié)構(gòu)的支護(hù)防護(hù)層。

3.2 深層煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定控制技術(shù)。為做好對于深層煤礦巷道圍巖的控制，通過采用高性能的支護(hù)方案增強(qiáng)其整體支護(hù)性并提高深層煤礦巷道圍巖穩(wěn)定性的控制。在深層煤礦巷道支護(hù)的過程中，可以采用懸吊理論、組合拱理論以及組合梁理論相結(jié)合的方式，提高深層煤礦巷道的支護(hù)能力，并在支護(hù)的過程中采用強(qiáng)度、剛度以及預(yù)應(yīng)力都較高的錨桿來配合金屬網(wǎng)、鋼帶梁等組成錨噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以有效的提高深層煤礦巷道的支護(hù)能力，進(jìn)而形成對于巷道頂部、幫圍巖體的有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對于深層煤礦巷道巖體的積極主動(dòng)的支護(hù)。處于深層軟巖中且服務(wù)年限較長的運(yùn)輸巷道等永久巷道，采用一次高性能支護(hù)結(jié)構(gòu)無法滿足圍巖支護(hù)的要求，在一次支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次支護(hù)加固，進(jìn)而形成承載力較高的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，完成對于深層煤礦巷道的有效支護(hù)。在二次支護(hù)加固過程中多采用的是錨固技術(shù)、圍巖注漿以及高性能的錨索技術(shù)。

結(jié)語

深層煤礦巷道支護(hù)是深層煤礦開采的重要保證。本文在分析深層煤礦所面臨的軟圍巖地質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，對深層煤礦巷道支護(hù)所采用的技術(shù)以及注意事項(xiàng)等進(jìn)行了介紹。

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