深部開采礦井巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)分析

王春森 楊勇

摘 要：我國(guó)深部煤炭?jī)?chǔ)量較為豐富，針對(duì)深部礦井巷道破壞類型，文中首先對(duì)深部礦井巷道破壞類型進(jìn)行了分析，進(jìn)而以山東某礦的巷道支護(hù)特點(diǎn)及圍巖特性為例，對(duì)深部礦井的巷道表面及深部變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并提出了加強(qiáng)支護(hù)的建議。

關(guān)鍵詞：深部礦井；巷道；變形破壞

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.076

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的35%埋深超過1000m，開采難度大，地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜，在淺部礦井中出現(xiàn)的各種問題，在深部礦井中表現(xiàn)得更為明顯，監(jiān)測(cè)及控制難度更為困難，雖然近些年來國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)深部礦井的巷道的變現(xiàn)理論、支護(hù)手段、監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了研究，但深部礦井巷道的支護(hù)與監(jiān)測(cè)仍是較為薄弱的環(huán)節(jié)[1]，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是判別巷道是否穩(wěn)定、支護(hù)方式是否合理的重要依據(jù)，因此，對(duì)巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)的研究顯得十分有必要。

1 深部礦井巷道破壞機(jī)理

深部礦井巷道圍巖破壞形式主要分為頂板下沉、兩幫收斂、低鼓等形式。

（1）頂板下沉。在巷道掘進(jìn)過程中，巷道頂板巖層由于掘進(jìn)的影響，首先發(fā)生彈性變形，開挖后由彈性變形向塑性變形發(fā)展，此過程中巷道頂板發(fā)生較小變形，整體保持穩(wěn)定；開挖結(jié)束后，巷道頂板巖層受到應(yīng)力及其他因素的影響，頂板巖層出現(xiàn)流變性變形[3]。若此階段巷道支護(hù)強(qiáng)度能抵抗住巷道頂板變形，則巷道處于工程安全范圍內(nèi)，若不能滿足要求，則巷道頂板整體或者局部由于受到拉壓破壞，出現(xiàn)水平或垂直裂縫，這些裂縫在地應(yīng)力作用下繼續(xù)發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生冒頂施事故。

（2）兩幫收斂。巷道開挖后，巷道內(nèi)側(cè)若未有足夠的支護(hù)強(qiáng)度滿足地應(yīng)力作用，則巷道兩幫會(huì)發(fā)生塑性的剪切破壞，兩幫圍巖向內(nèi)膨脹收斂，巷道對(duì)斷面縮小，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致巷道支護(hù)失穩(wěn)[4]。

（3）低鼓。當(dāng)巷道底板巖層軟弱、單軸抗壓強(qiáng)度較低或巖性為泥巖等遇水膨脹的巖層時(shí)都會(huì)發(fā)生不同程度的低鼓。深部礦井巷道受到的地應(yīng)力較大[5]，巷道底板在由于受到巷道兩幫的水平應(yīng)力作用，當(dāng)壁板巖層的抗壓強(qiáng)度不能地礦來至于兩幫的應(yīng)力時(shí)，巷道底板就會(huì)出現(xiàn)較大的變形破壞。

2 深部礦井巷道變形監(jiān)測(cè)

（1）巷道圍巖及支護(hù)。山東某礦1201回風(fēng)巷圍巖泥質(zhì)砂巖，采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿直徑為22mm，長(zhǎng)度為2.8m，施加的預(yù)緊力為500KN，間距為0.9m*1m；錨索直徑為22mm，長(zhǎng)度為6.8m，間距為2m*2m；金屬網(wǎng)的開孔尺寸為100mm*100mm。

（2）監(jiān)測(cè)方案。巷道的主要監(jiān)量測(cè)內(nèi)容為巷道頂板及兩幫的表面收斂及巷道周邊圍巖不同深度的變形。表面收斂用收斂計(jì)監(jiān)測(cè)，深部位移用多點(diǎn)位移計(jì)。收斂計(jì)及多點(diǎn)位移計(jì)的安設(shè)如下圖1～2所示。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果。經(jīng)過一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，取得了巷道表面及深部圍巖的變形數(shù)據(jù)值，具體分析如下：

1）表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。在對(duì)巷道進(jìn)行初期前，巷道周邊巖層各截面的變形收斂數(shù)據(jù)均較大，增加速度較快，平均變形量達(dá)到了6mm/d，巷道表面發(fā)生明顯的位移，部分金屬網(wǎng)變形嚴(yán)重。主要是由于該區(qū)域內(nèi)受到的地應(yīng)力影響較大，且本身此段區(qū)域圍巖裂隙較為發(fā)育，受到巷道開挖的影響，巷道周邊應(yīng)力從新分布，因此導(dǎo)致巷道變形量較大且產(chǎn)生新的裂隙。從數(shù)據(jù)可以看出，巷道掘進(jìn)35d后，收斂的速度明顯降低，并最終趨于穩(wěn)定。表明開挖后，巷道的支護(hù)方式對(duì)保持巷道的穩(wěn)定起了重要作用，同時(shí)也說明巷道周邊巖層仍然是流變狀態(tài)，需要進(jìn)行持續(xù)的跟蹤監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。

2）巷道圍巖巖層移動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以，巷道頂板1～2.5m與2～4m之間的巖層之間的均值差了有將近13mm，說明巷道的開挖掘進(jìn)使得周邊巖層發(fā)生持續(xù)性的破壞，造成兩個(gè)區(qū)域之間形成了較大的縫隙。4～6m之間的巖層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該區(qū)域范圍內(nèi)的巖層處于整體狀態(tài)，未遭受塑性變形，處于彈性變形區(qū)域，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

3 總結(jié)

深部礦井巷道由于受多重因素的綜合影響，巷道周邊收斂變形數(shù)據(jù)值較大，由于受到開挖的影響，巷道支護(hù)前期變形速度較大，且導(dǎo)致巷道周邊深部巖層在一定范圍內(nèi)形成裂隙較為發(fā)育的破裂巖層。針對(duì)巷道開挖后圍巖初期變形的特點(diǎn)，應(yīng)綜合考慮多種支護(hù)方式，發(fā)揮各種支護(hù)方式的作用，同時(shí)開挖后應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)，施加預(yù)應(yīng)力，減少頂板離層及兩幫變形。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建宏，鄭海力，劉振肖，楊瑞波.基于優(yōu)勢(shì)關(guān)系的粗糙集的巷道支護(hù)方案評(píng)價(jià)體系[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，42（06）：1698-1703.

[2]蘇俊彥，李光榮，李明，唐強(qiáng)，蘭川.極薄煤層綜采技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2011，37（09）：89-92.

[3]康紅普，王金華，林健.煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（11）：1809-1814.

作者簡(jiǎn)介：王春森（1988-），男，本科，助理工程師，從事智能化綜采技術(shù)研究。