淺談井下地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巷道支護(hù)的影響

趙向陽(yáng)

(山西省宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045008)

0 引言

在井下巷道掘進(jìn)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到各種特殊類型的地質(zhì)構(gòu)造，這些地質(zhì)構(gòu)造的特殊性往往會(huì)對(duì)巷道支護(hù)作業(yè)造成很嚴(yán)重的影響。在所有類型結(jié)構(gòu)中，褶皺是井下最常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造類型。在巷道掘進(jìn)的整體過(guò)程中往往會(huì)伴隨著一些能量的釋放，而當(dāng)能量的釋放超過(guò)一定范圍之后，就會(huì)使得整體的巷道支護(hù)難度變大，相關(guān)作業(yè)人員的安全也會(huì)受到非常嚴(yán)重的威脅。在整體井下巷道支護(hù)的過(guò)程中，即使在大范圍內(nèi)更好地進(jìn)行錨桿支護(hù)的操作，也仍然會(huì)發(fā)生變形。因此需要根據(jù)井下地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巷道支護(hù)的影響進(jìn)行全面地分析，希望能夠更好地給大家提供意見(jiàn)和建議。

1 巷道支護(hù)的作用和材料

1.1 巷道支護(hù)的作用

巷道支護(hù)的目的是為了更好地緩和和減少圍巖的移動(dòng)，在生產(chǎn)活動(dòng)的過(guò)程中更好地防止巷道斷面不過(guò)度縮小，同時(shí)通過(guò)有效阻止圍巖的移動(dòng)來(lái)使得巷道的斷面不容易縮小[1]。要想讓巷道支護(hù)的效果變得更好，主要取決于支架本身承載能力的大小、圍巖的性質(zhì)、支架力學(xué)的性質(zhì)、支架設(shè)置的密度和支架安裝的時(shí)間等因素。

1.2 巷道支護(hù)材料

煤礦巷道的支護(hù)材料從木支護(hù)、型鋼支護(hù)過(guò)渡到了錨桿支護(hù)。從使用的頻率和效果來(lái)看，錨桿支護(hù)是最經(jīng)濟(jì)有效的支護(hù)，它不僅能夠有效地降低支護(hù)本身的使用效果，而且也能夠降低支護(hù)使用的成本，同時(shí)減輕勞動(dòng)工作強(qiáng)度，最終為煤礦的安全生產(chǎn)奠定良好的條件。

2 常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造類型

2.1 小斷層

在煤礦作業(yè)的整體過(guò)程中，小斷層是一種最常見(jiàn)的井下地質(zhì)構(gòu)造，這種地質(zhì)構(gòu)造類型對(duì)于巷道支護(hù)將產(chǎn)生非常重要的影響。發(fā)生小斷層最明顯的標(biāo)志是煤層的頂板發(fā)生位移或者位移變得非常明顯。在此過(guò)程中，煤層的厚度也在慢慢減小，而尖滅的現(xiàn)象也將越來(lái)越明顯。隨著巷道的不斷延生，其煤層的厚度又將慢慢變大，最終出現(xiàn)相關(guān)的現(xiàn)象。如果在巖石層的中間發(fā)生了揉皺的現(xiàn)象，通常就表明地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生了變化，這對(duì)巷道支護(hù)將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。

2.2 復(fù)合頂板

在整個(gè)煤層的結(jié)構(gòu)中，直接頂、偽頂和老頂是3種主要的頂板結(jié)構(gòu)。而且在煤層的頂板中普遍存在著多處的薄煤線。通常情況下，不管是何種頂板結(jié)構(gòu)都會(huì)直接存在于直接頂和偽頂?shù)慕佑|面中。另外，復(fù)合頂板主要是由薄巖層和煤線一起組成的。如果在整個(gè)復(fù)合頂板的結(jié)構(gòu)內(nèi)部加入適當(dāng)?shù)南锏乐ёo(hù)，如果不及時(shí)處理的話，勢(shì)必會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。所以，如果想要順利地開(kāi)展巷道支護(hù)的工程，就一定要對(duì)整個(gè)復(fù)合頂板的施工過(guò)程進(jìn)行充分高度的重視。

2.3 小褶皺

小褶皺是最能夠影響巷道支護(hù)的一種重要現(xiàn)象。特別在巷道支護(hù)的過(guò)程中，小褶皺發(fā)展得相當(dāng)頻繁。在整體煤礦掘進(jìn)和挖掘的過(guò)程中，煤礦頂板的主要構(gòu)造為撓曲的構(gòu)造，整體構(gòu)造具有非常大的規(guī)模，而且內(nèi)部的形狀特征也會(huì)變得非常不規(guī)則，最終會(huì)出現(xiàn)巷道周圍支護(hù)煤礦層發(fā)生變形的現(xiàn)象，甚至在整個(gè)操作的過(guò)程中出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象。在整體煤礦掘進(jìn)的過(guò)程中，小褶皺的發(fā)生通常會(huì)給巷道支護(hù)造成很大的影響[2]。對(duì)于煤礦的巷道人員來(lái)說(shuō)，如果遇到小褶皺現(xiàn)象的話，尤其要及時(shí)地避開(kāi)，并及時(shí)結(jié)合有效的解決方法來(lái)更好地解決相關(guān)的問(wèn)題，最終才能夠使得巷道支護(hù)更加順利地進(jìn)行。

3 構(gòu)造對(duì)巷道的影響與實(shí)例分析

3.1 構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道支護(hù)的影響

在地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巷道支護(hù)整體影響的過(guò)程中，構(gòu)造應(yīng)力的存在也會(huì)在很大程度上更加廣泛地對(duì)巷道產(chǎn)生影響。構(gòu)造應(yīng)力的產(chǎn)生對(duì)于巷道的掘進(jìn)、支護(hù)和其他所有的環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生影響。因?yàn)樵谡w巷道采掘的過(guò)程中，尤其容易發(fā)生冒頂和片幫的現(xiàn)象，因此整體巷道的掘進(jìn)不僅難以順利進(jìn)行，而且巷道的掘進(jìn)往往難以成型。受地質(zhì)條件的影響，巷道支護(hù)的方式也會(huì)因此產(chǎn)生問(wèn)題，所以非常容易產(chǎn)生錨桿與錨索斷裂的行為。在整體操作的過(guò)程中，頂板和兩幫都會(huì)發(fā)生劇烈的位移。在采動(dòng)應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力雙重作用下，巷道在操作過(guò)程中的影響也會(huì)由此進(jìn)一步增強(qiáng)。如果此時(shí)沒(méi)有對(duì)支護(hù)的參數(shù)進(jìn)行全面有效的設(shè)置，支護(hù)的應(yīng)力場(chǎng)將很難繼續(xù)維持下去，如果任其發(fā)展下去，其巷道本身的變形情況將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，最終就會(huì)引起巷道損毀和對(duì)地壓的沖擊，最終引發(fā)事故。因此在考慮地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巷道支護(hù)所產(chǎn)生的影響時(shí)，其中最重要的是應(yīng)該把構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道的影響考慮進(jìn)去。

3.2 實(shí)際案例分析

某煤礦的回采面為東翼首采區(qū)的回風(fēng)巷，當(dāng)巷道通過(guò)背部斜軸的區(qū)域作業(yè)到1 200 m的時(shí)候，上部的圍巖就會(huì)發(fā)生破裂，頂板也出現(xiàn)了沉降的現(xiàn)象。在整體操作的過(guò)程中，多處錨桿也就會(huì)發(fā)生斷裂。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，這是因?yàn)闃?gòu)造區(qū)的應(yīng)力支護(hù)需求發(fā)生了變化，支護(hù)工藝沒(méi)有辦法很好地滿足需求所導(dǎo)致的。因此借助相關(guān)模擬的手段提出了加強(qiáng)支護(hù)的方案。原來(lái)整個(gè)巷道支護(hù)的頂部的錨桿長(zhǎng)度為2 400 mm，直徑為22 mm，極限的拉力值為260 N·m，延伸率為20%。在整體加工的過(guò)程中主要是通過(guò)樹脂對(duì)錨桿進(jìn)行加工，再對(duì)其預(yù)應(yīng)力控制在500 N·m，把錨桿的間排距控制在1 000 mm×1 000 mm，并選擇W型鋼帶進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，巷道支護(hù)如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)布設(shè)示意圖

從圖2中可以看出，在原巷道支護(hù)方式的操作下，頂板下沉的總量大概在400 mm左右，巷道兩邊的距離為420 mm。在使用了新的支護(hù)方式之后，巷道周圍巖石移動(dòng)的變形量將呈現(xiàn)大幅度縮短的態(tài)勢(shì)，這充分表明如果選擇了新的支護(hù)方式，其巷道移動(dòng)變形將能夠得到更加有效的控制。

圖2 新支護(hù)方式應(yīng)用前后的效果對(duì)比圖

4 遇到構(gòu)造的注意事項(xiàng)

4.1 正斷層掘進(jìn)

當(dāng)煤礦掘進(jìn)的過(guò)程中，斷層出現(xiàn)在人們的視野中時(shí)，如果煤層頂板突然出現(xiàn)上升趨勢(shì)，而后冒頂，又或者在掘進(jìn)的過(guò)程中，斷層突然出現(xiàn)在視野中而煤層的頂板突然出現(xiàn)下降趨勢(shì)的話，此時(shí)就要注意做好過(guò)斷層的準(zhǔn)備。如果需要掘進(jìn)的話，尤其要注意防止出現(xiàn)冒進(jìn)或者其他的風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，在過(guò)斷層的過(guò)程中尤其要充分利用帶網(wǎng)支護(hù)，必要時(shí)注漿加固，這樣才不會(huì)使得其在支護(hù)的過(guò)程中出現(xiàn)塌方。

4.2 頂板撓曲構(gòu)造

一旦遇到撓曲構(gòu)造，就要對(duì)其構(gòu)造的特別進(jìn)行全面的觀察，之后再全方位地做好預(yù)防的工作[3]。如果在整體的過(guò)程中出現(xiàn)煤層的傾斜角度不斷加大的情況，就應(yīng)該尤其注意采用錨索鉆機(jī)來(lái)全面探查煤層頂部本身的情況，在這個(gè)基礎(chǔ)上在做好加密支護(hù)的工作。

5 結(jié)語(yǔ)

要讓井下煤礦生產(chǎn)更加安全高效和持續(xù)地開(kāi)展，尤其應(yīng)該重視巷道支護(hù)的工程。在巷道支護(hù)的過(guò)程中，不斷會(huì)遇到包括斷層、褶皺和復(fù)合頂板的情況，因此在進(jìn)行巷道支護(hù)的過(guò)程中科學(xué)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。相關(guān)的煤礦管理人員尤其應(yīng)該注意先對(duì)井下地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行全面地分析，然后再全方位地設(shè)計(jì)支護(hù)，只有這樣才能夠有效地保持礦井生產(chǎn)安全。