我國煤礦巷道支護的難題與對策

王緒昇

摘 要：隨著我國煤礦開采進入深部開采時代，巷道支護已經(jīng)成為不可避免的挑戰(zhàn)。針對煤礦開采過程中存在的問題，主要分析了高應(yīng)力巷道、軟巖巷道以及沖擊地壓巷道的支護策略?？梢詾橛嘘P(guān)技術(shù)人員提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：巷道支護;深部開采;難題;對策

1 引言

在煤礦由淺部向深部開采的過程中，地應(yīng)力和巖層的巖性已經(jīng)發(fā)生了變化。原有的正常礦井發(fā)生沖擊礦壓和煤與瓦斯突出的可能性增加。最大的問題就是高地應(yīng)力引起的巷道的大變形，巷道的支護變得日益困難。此外，煤炭開采的強度也達到空前的高水平，導(dǎo)致在開采過程中采動大幅度增加，巷道的支護難度增加，這種情況在斷面巷道條件下更為突出。總的來說，所要解決的支護難題有高應(yīng)力巷道、軟巖大變形巷道、沖擊地壓巷道、破損修復(fù)巷道等幾類。本文對這幾個類型的巷道進行分析，探討了合適的支護策略。

2 高應(yīng)力巷道支護分析

總的來說，巷道的破壞與圍巖強度和地應(yīng)力有關(guān)。當(dāng)圍巖應(yīng)力達到或超過圍巖強度時，巷道就會失穩(wěn)破壞。理論分析表明高應(yīng)力是巷道破壞的重要因素之一。經(jīng)過統(tǒng)計，造成巷道周圍應(yīng)力的幾種因素分別為深埋高應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造高應(yīng)力和采動應(yīng)力。

由于在高地應(yīng)力作用下，巖體的特性發(fā)生了根本性變化。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在高地應(yīng)力作用下圍巖的塑性增強，使得堅硬的巖石在破壞時表現(xiàn)出軟巖的破壞特征;巷道圍巖變形具有很強的流變特性，變形量大給支護帶來巨大的難題;對于某些高強度脆性巖石，發(fā)生沖擊的可能性增加，巷道破壞突然， 伴有巨大聲響和震動， 圍巖及支護被瞬間摧毀。目前，對高應(yīng)力巷道的支護主要有三種方法：可以通過合理的布置巷道的位置，然后人工卸壓，使巷道周圍處于低應(yīng)力狀態(tài)，降低巷道變形量維持巷道穩(wěn)定;采用U型鋼等高強度材料對巷道進行加固，抵抗巷道圍巖的變形;此外，采用錨桿錨索對巷道圍巖進行加固，提高圍巖的承載能力，有效控制圍巖的變形破壞。圖1為常見的高地應(yīng)力巷道支護形式。

3 軟巖巷道支護分析

軟巖巷道最大的特點是變形速度快變形量大、持續(xù)時間長，巷道的支護極其困難。一般說來， 軟巖具有軟弱性、可塑性、膨脹性、崩解性、流變性以及工程擾動性等工程特性。軟巖巷道大體上可分為4大類：低強度軟巖、膨脹性軟巖、破碎軟巖、高應(yīng)力軟巖。軟巖巷道的變形主要可以表現(xiàn)為以下幾個方面：變形速度快，從巷道的開挖完成后還未來得及支護巷道斷面已經(jīng)出現(xiàn)了顯著的減小;巷道圍巖松動圈的范圍較大，傳統(tǒng)的支護方式失效;對外界條件反應(yīng)比較敏感，例如遇水化泥、遇風(fēng)化砂等情況。

因此，在布置軟巖巷道時，盡可能選擇較好的地質(zhì)條件區(qū)域，最大限度的避開高應(yīng)力區(qū)域，在開挖巷道時盡量選擇較大的斷面，例如拱形、馬蹄形、圓形、橢圓形斷面，預(yù)留一定的緩沖空間。在巷道開挖形成后，采用錨桿支護和注漿的方式對巷道周圍圍巖進行加固，主要是因為軟巖難支護的根本原因是圍巖的強度較低。錨桿可以提高圍巖的局部強度，而注漿可以改變軟巖的工程特性。最后，采取有效的措施及時解決巷道周圍的干擾因素，如及早切斷水源、及時排水、噴漿封閉頂幫、水泥硬化底板等，以隔絕水、風(fēng)等對圍巖的軟化作用。尤其對于含有黏土類礦物的膨脹型軟巖來說，隔水最為重要。同時要及時支護圍巖，第一時間將控制圍巖變形的手段用上去。

軟巖巷道的支護結(jié)構(gòu)應(yīng)該能與其大變形和流變的特性相協(xié)調(diào)。軟巖巷道在支護時主要采取加固的形式支護，在適當(dāng)?shù)臈l件下應(yīng)該進行讓壓支護。如此這樣，支護既具有一定的支護強度和剛度，而且還能滿足軟巖變形的特性。巷道的支護應(yīng)該有合適的時機，按照康紅普院士提出的困難巷道一次支護理論。所以針對軟巖巷道支護情況，可以采用高強高剛度支護形式，一次支護就能有效控制圍巖變形與破壞，避免巷道破壞后再行維修。常見的軟巖支護如圖2所示，其中1-樹脂錨桿，2-注漿錨桿，3-混凝土砌碹，4-注漿擴散范圍;5-錨桿作用形成的拱，6-碹體作用形成的組合拱。

3.1 沖擊地壓巷道分析

沖擊礦壓在我國煤礦開采中已經(jīng)成為一種巨大的災(zāi)害。由于其發(fā)生的機理比較復(fù)雜，預(yù)測和防治其發(fā)生存在巨大的困難。隨著礦井開采深度的增加，沖擊礦壓發(fā)生的概率有增加的趨勢。巷道沖擊礦壓是一種極其復(fù)雜的礦山動力災(zāi)害現(xiàn)象，其發(fā)生時有如下特征：發(fā)生沖擊礦壓時，動力現(xiàn)象特別明顯，表現(xiàn)為巷道斷面瞬間被壓縮，有大量的煤巖彈射到巷道中，巷道發(fā)生堵塞; 發(fā)生時沒有明顯的征兆，而且作用的時間極短，只有短短的幾秒鐘到幾十秒鐘，反應(yīng)特別劇烈，有大量的能量釋放，造成設(shè)備損毀和人員傷亡;巷道的破壞沒有一定的規(guī)律，頂、底、兩幫都可能會產(chǎn)生破壞，巷道的破壞形式存在多樣性，往往發(fā)生在巷道的薄弱環(huán)節(jié)，比如在底板巖層強度低又沒有支護的情況下，容易發(fā)生激烈的底鼓，進而引發(fā)全斷面失穩(wěn)。

3.2 沖擊地壓巷道支護對策

根據(jù)相關(guān)理論研究可知，巷道沖擊地壓的發(fā)生主要與高應(yīng)力、沖擊載荷、圍巖力學(xué)性質(zhì)及支護不合理等因素有關(guān)。所以，可以從這幾個方面對沖擊礦壓巷道進行控制，巷道布置在原巖應(yīng)力正常的區(qū)域，針對巷道周圍圍巖壓力過大時，應(yīng)采取有效的方法進行卸壓，以此來降低沖擊地壓發(fā)生的可能性，加強支護，采用合理的巷道支護形式與參數(shù)。

沖擊地壓巷道支護應(yīng)遵循“高強度、強讓壓、整體性”的理念進行設(shè)計。在進行設(shè)計時應(yīng)該堅持以下幾條原則：由于沖擊礦壓發(fā)生時比較劇烈，在支護時應(yīng)該具有較高的支護強度和剛度;在沖擊礦壓發(fā)生后巷道發(fā)生的變形較大，為此可以采用柔性支護，柔性支護必須具備足夠的可縮量，以增強其吸收沖擊能的能力，并與圍巖的大變形相匹配;由于沖擊礦壓發(fā)生時具有強烈的沖擊力，巖體在沖擊力作用下會崩出，所以支護結(jié)構(gòu)能具有很好的穩(wěn)定性，在巷道劇烈變化時不會發(fā)生失穩(wěn)的情況;沖擊礦壓發(fā)生在巷道的薄弱環(huán)節(jié)上，因此沖擊地壓巷道支護必須采用全斷面等強支護，支護構(gòu)件之間、支護體之間、支護體與圍巖之間要相互耦合，形成一個統(tǒng)一的支護整體。

4 小結(jié)

由于我國復(fù)雜的地質(zhì)條件，特別是進入深部開采時代以后，巷道的支護難度增加。如何對高應(yīng)力巷道、軟巖巷道、沖擊地壓巷道進行支護，一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點和難點。隨著錨桿技術(shù)發(fā)展的日益成熟，以及大量新型支護材料被研發(fā)出來。錨桿支護應(yīng)該是困難巷道支護的主體，高強度、高剛度、大延伸率、耐沖擊是其基本發(fā)展方向。我國現(xiàn)階段對難支護巷道的研究還不夠系統(tǒng)深入，需要在搞清機理的前提下，針對不同類型的難支護巷道研發(fā)適合的系列支護材料，并配以適當(dāng)?shù)氖┕すに嚭脱b備， 逐步形成系統(tǒng)的成套技術(shù)。

參考文獻：

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