試論采礦工程中煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定與支護(hù)對(duì)策

王余銀

摘 要：近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，部分煤炭企業(yè)礦井的淺部煤炭資源開發(fā)殆盡，礦井開采活動(dòng)逐漸向井田深部轉(zhuǎn)移。而隨著開采深度的增加，井下巷道圍巖應(yīng)力也在不斷增加，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)巷道底鼓以及巷道變形的情況，導(dǎo)致圍巖條件變得越來越復(fù)雜，不僅對(duì)圍巖的穩(wěn)定性和安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。同時(shí)也給支護(hù)工作帶來了極大的壓力，不利于井下煤礦開采工作的正常開展。因此，做好深部巖巷圍巖支護(hù)工作，提高圍巖的穩(wěn)定性對(duì)保證井下煤礦開采工作的順利進(jìn)行有著重要的意義。本文首先對(duì)煤礦深部圍巖穩(wěn)定性控制理論進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，分析了圍巖穩(wěn)定性的控制要點(diǎn)，最后提出了提高煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定性的對(duì)策，為保證煤礦生產(chǎn)安全提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煤礦深部巖巷;圍巖;穩(wěn)定性;支護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.054

0 引言

改革開放以來，我國工業(yè)化發(fā)展速度不斷加快，對(duì)煤礦資源的需求也在日益上升。隨著開采不斷的深入，如何保證巷道圍巖穩(wěn)定性成為了當(dāng)前的難題。雖然當(dāng)前的巷道支護(hù)方式有很多，但是各種支護(hù)方式多少存在一些缺陷和問題，對(duì)于煤礦深部巷道來說，如果支護(hù)方式不合理，支護(hù)措施形同虛設(shè)。那么巷道中的變形及破壞問題極容易導(dǎo)致巷道的崩塌，所以需要對(duì)這些變形和破壞進(jìn)行反復(fù)的維護(hù)和翻修，導(dǎo)致支護(hù)成本大大增加。同時(shí)也極大的影響了煤礦開采的進(jìn)度，對(duì)煤礦開采工作的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益帶來了不良的影響。

1 煤礦深部圍巖穩(wěn)定性控制理論

從力學(xué)角度來分析，巖體自身強(qiáng)度以及變形性質(zhì)是影響煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定性的決定性因素。此外，其穩(wěn)定性還在一定程度上受到圍巖自身應(yīng)力的影響。圍巖體本身主要包括兩個(gè)部分，分別是結(jié)構(gòu)面和巖石骨架。在煤礦深部的圍巖，經(jīng)過長(zhǎng)年的發(fā)展以及受到高壓的影響，自身骨架強(qiáng)度已經(jīng)變得非常大，所以真正能夠?qū)鷰r強(qiáng)度和變形性質(zhì)造成影響的主要是結(jié)構(gòu)面[1]。為了能夠進(jìn)一步保證煤礦深部圍巖的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)從圍巖的結(jié)構(gòu)面以及受到的應(yīng)力狀態(tài)著手。在進(jìn)行開挖時(shí)，煤礦深部巖巷圍巖體受到的應(yīng)力會(huì)發(fā)生改變，圍巖自身的穩(wěn)定狀態(tài)也會(huì)受到影響，雖然在剛開始受到的影響較小，但是隨著開挖工作的持續(xù)進(jìn)行，圍巖側(cè)壓降低，應(yīng)力開始轉(zhuǎn)向巷道，會(huì)使巷道周向應(yīng)力明顯增加。一般情況下，對(duì)于800m左右深度的巷道來說，近表圍巖圍壓卸荷大概為20MPa，巷道周向應(yīng)力大概為60MPa，受到巨大應(yīng)力的影響，會(huì)使圍巖劣化速度以及裂縫擴(kuò)散速度不斷加快，最終使圍巖失去穩(wěn)定性。因此，在開挖巷道后應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取支護(hù)措施，從而使圍巖的穩(wěn)定性得到有效保證。

2 煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定與支護(hù)的要點(diǎn)

2.1 盡量維護(hù)圍巖體殘余強(qiáng)度

通常情況下，當(dāng)巷道內(nèi)水和風(fēng)化對(duì)圍巖產(chǎn)生影響后，圍巖自身強(qiáng)度必然會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。所以，在開挖巷道后要立即進(jìn)行混凝土的噴射，封閉好圍巖表面，避免圍巖發(fā)生潮解和過度風(fēng)化，減少圍巖強(qiáng)度的損失。在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇光面爆破的方式，能夠使圍巖強(qiáng)度得到進(jìn)一步的維護(hù)。

2.2 提升圍巖殘余強(qiáng)度

（1）將支護(hù)阻力提高。通過將支護(hù)阻力提高，能夠有效改善圍巖受到的應(yīng)力。在開挖巷道之后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)做好主體支護(hù)結(jié)構(gòu)，利用支護(hù)的方式改變過去圍巖的兩向應(yīng)力狀態(tài)，讓其往三向應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而使圍巖的強(qiáng)度得到提升;（2）錨桿支護(hù)加固圍巖。有研究表明，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生破碎的圍巖，利用錨桿能夠在一定程度上提升圍巖的殘余強(qiáng)度，讓其形成錨固層，提高整體的承載能力和可塑性。隨著錨桿錨固力的增加和密度的提升，錨桿加固的作用也會(huì)更加明顯[2]。（3）注漿加固。如果巖體破碎情況比較嚴(yán)重，采用錨桿無法起到較好的加固效果，那么可以考慮采用注漿加固，有效提升破碎圍巖的強(qiáng)度。

2.3 將圍巖自身承載能力發(fā)揮出來

（1）全斷面支護(hù)。在煤礦深部巷道支護(hù)中，其承載的壓力大多數(shù)都是圍巖變形壓力，此壓力主要來自巷道的四周與底板。在巷道支護(hù)中，底板的支護(hù)環(huán)節(jié)相對(duì)較為薄弱，如果支護(hù)不當(dāng)容易發(fā)生底鼓情況，會(huì)降低整體支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力，無法發(fā)揮支護(hù)效果，所以在支護(hù)過程中要求做到全斷面支護(hù)。（2）可縮性支護(hù)。由于巷道支護(hù)中，受到的荷載大多數(shù)來自于圍巖變形壓力，所以一旦變形壓力過大，普通的剛性支護(hù)就無法起到支護(hù)作用，整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)也就無法發(fā)揮支護(hù)效果，無法將圍巖的承載能力發(fā)揮出來。但是可縮性支護(hù)的應(yīng)用可以有效解決這種問題，當(dāng)圍巖承載力低于變形壓力時(shí)，支護(hù)體通過可縮讓壓，有利于減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，所以在巷道支護(hù)中，針對(duì)主體結(jié)構(gòu)要選擇錨噴網(wǎng)支護(hù)等可縮性支護(hù)[3]。（3）二次支護(hù)。由過去的經(jīng)驗(yàn)以及理論得出，在煤礦深部巷道僅僅采用剛性支護(hù)很難起到較好的支護(hù)效果。在進(jìn)行支護(hù)工作的前期階段，由于巷道變形速度較快，變形量也比較大，僅采用一次支護(hù)很難滿足變化過程，所以為了使圍巖的變形特征需求得到滿足，還需要采取二次支護(hù)的方式。在實(shí)際支護(hù)中，要對(duì)二次支護(hù)時(shí)間進(jìn)行充分掌握，應(yīng)當(dāng)在圍巖變形穩(wěn)定后選擇最佳的支護(hù)時(shí)間，具體還要以工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為參考進(jìn)行合理選擇。

3 提高煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定性的支護(hù)對(duì)策

3.1 錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿的特性主要包括四種，分別是：錨固點(diǎn)高、剛度高、強(qiáng)度高以及預(yù)拉力高。在實(shí)施錨桿支護(hù)技術(shù)的過程中，要對(duì)錨桿四個(gè)特性的運(yùn)用進(jìn)行重視，不同的特性在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)揮的作用也不相同。

通過不斷提高預(yù)拉力，能夠使錨固內(nèi)部巖層離層得到減小，從而在巷道表面建立承載殼結(jié)構(gòu)，或者在巷道頂板位置建立梁結(jié)構(gòu)，將巷道上方的應(yīng)力向巷道側(cè)面進(jìn)行轉(zhuǎn)移，有利于對(duì)巷道頂板穩(wěn)定性的維護(hù)，并且可以更好的發(fā)揮控制片幫的作用;錨桿支護(hù)強(qiáng)度較高時(shí)，可以做到高阻讓壓，有利于圍巖穩(wěn)定性的控制;錨固材料組件剛度越高，越有利于擴(kuò)散螺栓的荷載，同時(shí)對(duì)于強(qiáng)烈動(dòng)壓有著較好的抵抗作用，能夠有效控制巷道圍巖的變形。見圖1。

3.2 注漿錨索加固技術(shù)

注漿錨索加固技術(shù)的應(yīng)用，能夠改善圍巖的物理學(xué)性能，能夠使圍巖穩(wěn)定性得到一定程度的提高。在進(jìn)行圍巖加固時(shí)，利用注漿的方式充實(shí)圍巖弱面，能夠讓其與圍巖巖體膠結(jié)成為一個(gè)整體，使圍巖的受壓能力以及穩(wěn)定性得到有效的提高。合理運(yùn)用注漿錨索加固技術(shù)，還能夠有利于支護(hù)成本的節(jié)省，注漿加固支護(hù)體位置的不同，產(chǎn)生的作用也存在著一定的差異。同時(shí)，利用注漿錨索可以隔離水域空氣，能夠?qū)鷰r縫隙起到較好的密封效果，還可以對(duì)圍巖縫隙進(jìn)行充填。通過建立組合拱結(jié)構(gòu)的方式提高圍巖的承載范圍和承載力，對(duì)于破碎圍巖也能夠起到膠結(jié)的作用，有利于圍巖整體穩(wěn)定性的提升[4]。此外，注漿錨索加固技術(shù)可以均勻分布支架與噴層的荷載，能夠更好的承載受到的應(yīng)力。

3.3 巖巷幫頂協(xié)同支護(hù)

深部巖巷幫頂支護(hù)技術(shù)是保證巷道圍巖穩(wěn)定性的主要支護(hù)技術(shù)之一，而巖巷幫頂協(xié)同支護(hù)技術(shù)就是在此技術(shù)基礎(chǔ)上建立的。在實(shí)際運(yùn)用過程中，要求各個(gè)子系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)同支護(hù)，以整體協(xié)同為目標(biāo)，對(duì)錨固參數(shù)進(jìn)行深度優(yōu)化，使錨固結(jié)構(gòu)物理學(xué)性能得到一定程度的提升。通過應(yīng)用巖巷幫頂協(xié)同支護(hù)技術(shù)，能夠?qū)ο锏绹鷰r錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行有效改善，使集中應(yīng)力下降，有利于減少圍巖變形情況的發(fā)生。另外，深部巖巷幫頂協(xié)同支護(hù)技術(shù)還可以使錨固結(jié)構(gòu)的抗變形能力得到提升，進(jìn)一步的穩(wěn)定錨固結(jié)構(gòu)，在實(shí)際運(yùn)用過程中能夠?yàn)楸ＷC圍巖穩(wěn)定技術(shù)的應(yīng)用效果提供有效支持。

3.4 底板主動(dòng)卸壓

卸壓能力的高低不僅受到開巷間隔時(shí)間的影響，同時(shí)與卸壓槽的形狀、寬度、深度以及方向有著緊密的聯(lián)系。在運(yùn)用底板主動(dòng)卸壓技術(shù)的過程中，底板中部卸壓槽能夠改善底板應(yīng)力的分布情況，將底板應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深層，從而減少巷道淺層圍巖受到的應(yīng)力[5]。由于巷道淺層圍巖應(yīng)力的降低，使得巷道變形以及毀壞情況能夠得到更好的控制，有利于提升巷道圍巖的承載能力。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)煤礦資源的需求也在不斷增加，在深部煤礦開采過程中，為了有效解決巷道圍巖出現(xiàn)的變形及破壞問題，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)有效的支護(hù)措施，通過采取錨桿支護(hù)技術(shù)、注漿錨索加固技術(shù)、巖巷幫頂協(xié)同支護(hù)以及底板主動(dòng)卸壓等措施，能夠有效提高圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)效果，促進(jìn)煤礦開采工作的順利進(jìn)行，提高煤礦開采的產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[4]黃肖，阮懷寧，王小偉，etal.不同側(cè)壓系數(shù)下深部軟巖巷道穩(wěn)定性分析及控制[J].中國煤炭，2018，44（07）：62-66.

[5]佚名.深部煤礦巷道等強(qiáng)梁支護(hù)理論模型及模擬研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（z1）：1-11.