深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征與支護(hù)對(duì)策研究

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)水平的提升，對(duì)于礦井的開(kāi)采深度及強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，由于地質(zhì)條件及高強(qiáng)度開(kāi)采等因素的影響，使得礦井周圍巖體受到嚴(yán)重的破壞，各種安全事故頻發(fā)，基于此，本文主要研究了深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征，并對(duì)其破壞特征提出了相應(yīng)的支護(hù)對(duì)策，以期提升礦井開(kāi)采的安全力度及整體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：沿空掘巷；圍巖變形；特征；支護(hù)

前言：我國(guó)人口數(shù)目的逐漸增多，對(duì)于能源的需求程度也隨著提高。尤其是對(duì)于煤炭資源的需求最高，使得淺層的煤礦資源枯竭后，開(kāi)始向更深的部位進(jìn)行開(kāi)采。在深部開(kāi)采中，各種問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生，比如：松軟膨脹的巷道或是特大不規(guī)則形的巷道等，都存在圍巖變形的狀況，為此有關(guān)施工人員要針對(duì)問(wèn)題，提出相應(yīng)的支護(hù)對(duì)策，進(jìn)而提升煤礦的整體開(kāi)采質(zhì)量。

一、深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征

針對(duì)某一工作面進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)，設(shè)其沿空掘巷的煤柱寬度為五米，并且其巷道的不規(guī)則形呈矩形狀，約為4.8m*3.5m，其原支護(hù)方案使用的是錨網(wǎng)帶索的方式，頂板是φ18mm*L2200mm的KMG500左旋式無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，預(yù)緊力為120N·m；幫部使用的是φ18mm*L2200mm的KMG400左旋式無(wú)縱筋全螺紋錨桿，預(yù)緊力為60N·m，而且每個(gè)孔都會(huì)使用一支MSCK2350的錨固劑，其間排距大致為0.8m*0.8m。但其頂錨索的規(guī)格為φ22mm*L6200mm，運(yùn)用“2-1-2”式進(jìn)行五花行布置，預(yù)緊力為100kN，每個(gè)孔布置兩支MSCK2350的錨固劑，其間排距為1.6m*1.6m，頂板使用的是4600mm*100mm*10mmT型鋼帶，幫部使用的是8號(hào)鋼筋梯護(hù)表。在具備以上條件的情況下進(jìn)行巷道掘進(jìn)100m工作，其圍巖變形狀況如下：

首先，巷道的圍巖變形速度逐漸增加，變形程度很嚴(yán)重，當(dāng)向前掘進(jìn)100m，頂板的下沉量會(huì)達(dá)到507mm左右，底鼓量達(dá)到274mm，頂板離層為150mm，大大超出了離層儀所測(cè)數(shù)據(jù)的量程，使得其兩幫嚴(yán)重鼓出，且移近量為843mm左右，沿空幫內(nèi)的移量為546mm左右[1]。由此可得出圍巖表面的位移規(guī)律：底鼓<實(shí)體幫內(nèi)移<頂板下沉<沿空幫內(nèi)移。其次，支護(hù)構(gòu)建的保護(hù)效果大大降低。在兩幫的底角、側(cè)頂板、肩窩等重要部位會(huì)有錨桿繃斷，托盤壓裂及滑脫等現(xiàn)象，按照以上支護(hù)方法推進(jìn)100m，有18根錨桿被繃斷，大多處于自由端及錨固端相交處繃斷；還有12根錨桿直接穿過(guò)托盤與鋼帶進(jìn)入了煤體，使得錨索的托盤有反彎或者壓裂的狀況出現(xiàn)，另外頂板與其兩端的金屬網(wǎng)兜有撕裂現(xiàn)象，其保護(hù)表面功能失效。然后，圍巖的松散程度及破碎范圍變大。巷道所使用的錨網(wǎng)帶索式支護(hù)結(jié)構(gòu)，其使用的材料及其參數(shù)與圍巖松散破碎特性、不規(guī)則形支護(hù)需求嚴(yán)重不符，使其很難作為穩(wěn)定有效的承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)工作，進(jìn)而在高應(yīng)力及巖石覆蓋層的支撐壓力下，沿空巷道的松散破碎范圍擴(kuò)大，不在錨桿錨固的正常范圍內(nèi)。最后，圍巖具有明顯的流變性。在開(kāi)挖巷道后，除了底板外，另外三面都是軟弱的破碎煤體，并且頂?shù)装宕蠖嗍欠奂?xì)砂巖或泥巖等多種軟弱巖層。在掘巷思維穩(wěn)定期內(nèi)，圍巖具有明顯的流變性，并且變形量也逐漸增加，在其流變期內(nèi)底板推進(jìn)位移速度與兩幫移近速度增加，分別為6.8mm/m、8mm/m，加之受到其工作面超強(qiáng)的支撐壓力影響，圍巖變形程度加深，若是繼續(xù)使用錨網(wǎng)帶索式的支護(hù)方式，很難保證深部沿空掘巷具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[2]。

二、深部沿空掘巷圍巖變形的支護(hù)對(duì)策

（一）強(qiáng)力讓壓耦合支護(hù)

首先，對(duì)于錨桿錨固區(qū)所屬范圍內(nèi)的圍巖，其離層、縫隙張開(kāi)、滑動(dòng)、產(chǎn)生新裂紋等非連續(xù)性的擴(kuò)容變形，都可以使用具有高預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)力支護(hù)進(jìn)行控制，使圍巖能夠?qū)儆谑軌籂顟B(tài)，進(jìn)而增強(qiáng)圍巖的豐厚強(qiáng)度，阻止圍巖出現(xiàn)彎曲變形、剪切、拉伸等破壞現(xiàn)象，將圍巖作為承載主體，使其在錨固區(qū)內(nèi)能夠形成一種預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，避免在錨固區(qū)內(nèi)產(chǎn)生外離層，逐步完善深部圍巖的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。與此同時(shí)，還要使用高預(yù)應(yīng)力的錨索，在深部穩(wěn)定巖層中固定一個(gè)預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)的錨固，從而提升圍巖整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。

其次，要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)具有有效的讓壓功能，能夠?qū)鷰r內(nèi)所集聚的一些應(yīng)變能進(jìn)行釋放，充分提升其具有的承載能力，進(jìn)而使支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠?qū)δ芰窟M(jìn)行吸收并轉(zhuǎn)移。與此同時(shí)，還要在實(shí)際煤幫中進(jìn)行打卸壓孔，使高應(yīng)力能夠轉(zhuǎn)移到圍巖的更深之處，這樣能夠減輕煤幫較淺部位中的圍巖應(yīng)力，確保巷道圍巖具有高度的穩(wěn)定性能。

除此之外，還要在確保支護(hù)系統(tǒng)中不同組合構(gòu)件的強(qiáng)度、硬度、延伸量等多種參數(shù)之間相互匹配，使支護(hù)系統(tǒng)中不同構(gòu)件的強(qiáng)硬度、錨索的延伸量等不同參數(shù)能夠符合圍巖在受力變形時(shí)產(chǎn)生的特性，從而有效避免支護(hù)與其圍巖能夠相協(xié)調(diào)、不變形，使圍巖能夠發(fā)揮其高效的自身承受能力，進(jìn)而達(dá)到深部沿空掘巷圍巖不變形。

（二）加強(qiáng)主要部位支護(hù)效果

巷道的最薄弱部位是否具有穩(wěn)定性決定其整體結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，巷道之所以會(huì)失去穩(wěn)定性，是因?yàn)槠淠硞€(gè)部位或是某幾個(gè)部位出現(xiàn)變形狀況，由于沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使其漸漸地在整個(gè)圍巖之中擴(kuò)展。若是巷道的圍巖中有薄弱的環(huán)節(jié)出現(xiàn)，那么此環(huán)節(jié)就會(huì)直接造成巷道出現(xiàn)破壞狀況，所以在完善巷道支護(hù)時(shí)，務(wù)必要加強(qiáng)其主要部位的支護(hù)效果，進(jìn)而提升圍巖整體的穩(wěn)定性能?？刂蒲乜站蛳飮鷰r具有高效穩(wěn)定性的重要因素就是確保窄煤柱的穩(wěn)定。在實(shí)際開(kāi)采工作中，對(duì)上區(qū)段的回采集、開(kāi)挖巷道等行為都會(huì)使窄煤柱的兩端出現(xiàn)破碎區(qū)域，使其整體都處于一種塑性的破壞狀態(tài)，承載力極弱。因此，擴(kuò)大窄煤柱的寬度，在某種程度上能夠削弱上層覆蓋巖層所承載負(fù)荷產(chǎn)生的集中實(shí)體煤幫應(yīng)力，可以避免煤幫的破碎范圍逐漸擴(kuò)大，進(jìn)而阻止了頂板跨度的增大及下沉狀況，提升其頂板的穩(wěn)定性能[3]。

另外，在深部高應(yīng)力、頂部煤體嚴(yán)重下沉等情況形成的附加水平應(yīng)力下，頂層煤體與頂部層里面出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，同時(shí)使得周圍的煤體出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，進(jìn)而使頂部煤體兩側(cè)肩窩部位出現(xiàn)范圍較大的塑性區(qū)。這時(shí)應(yīng)在兩側(cè)肩窩的斜上方進(jìn)行打錨索處理，使其能夠與頂板錨索一同起到穩(wěn)定作用，并將頂煤錨固放置在巖層深部的穩(wěn)定區(qū)域之中，以此來(lái)加強(qiáng)對(duì)此區(qū)域的支護(hù)。對(duì)于巷道兩幫角底出現(xiàn)的滑移、變形狀況，應(yīng)在其兩角底加強(qiáng)支護(hù)，從而避免因底部巖層滑移、剪切產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征為巷道的圍巖變形速度逐漸增加，嚴(yán)重變形；支護(hù)構(gòu)建的保護(hù)效果大大降低；圍巖的松散程度及破碎范圍變大；圍巖具有明顯的流變性。根據(jù)以上圍巖變形破壞特征，應(yīng)使用強(qiáng)力讓壓耦合支護(hù)與增強(qiáng)重要部位支護(hù)效果得圍巖控制原理，進(jìn)而促進(jìn)煤礦挖掘工作有效進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建沛.基于FLAC～（3D）的綜放沿空掘巷錨桿支護(hù)研究[J].太原學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，36（02）：9-12.

[2]張書(shū)軍，徐學(xué)鋒.深孔爆破切頂卸壓控制沿空掘巷圍巖變形技術(shù)研究[J].煤炭工程，2018，50（03）：57-59+62.

[3]馮廷燦，鄒德均，周詩(shī)建.動(dòng)壓影響下留窄煤柱沿空掘巷圍巖控制技術(shù)[J].煤礦安全，2018，49（03）：87-90+94.

作者簡(jiǎn)介：

楊發(fā)軍，（1991-），籍貫到市（甘肅省武威市），民族（漢），職稱（助理工程師），學(xué)歷（本科），研究方向（煤礦防治水）。