应用技术 ●ｌ 巷道围岩机理分析及对策 周付祥 （新汶矿业集团翟镇煤矿掘进工程工区） ［摘要］随着矿井逐步开采，矿井围岩呈现软岩性质，巷道开挖后变形较快，变形量较大，造成返修，不仅增加了矿井巷道的维修费用，而且制约了矿井生产 接续。通过对矿井巷道变形与破坏机理的分析，提出了切实有效的对策，取得了较好的防治效果。 ［关键词］深井巷道破坏机理围岩 中图分类号：ＴＰ２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）３９—０２３９—０１ １．概况 新汶矿区随着矿井开采深度的增加，地温逐渐升高，矿压显现加剧。垂直地 应力和水平应力明显加大，巷道开挖后变形加快，变形量加大，底臌现象十分普 遍。 因此，针对埋藏、高地温、高地压，富含水的恶劣地质条件，合理分析和研究 巷道变形与破坏机理，采取切实有效的治理对策，对保障矿井安全生产和提高 经济效益有着极为重要的实践指导意义。 ２、深部巷道变形与破坏机理分析 ２．１自然因素 ２．１．Ｉ围岩性质 围岩性质是影响巷道围岩稳定性和围岩变形诸因素中的首要因素，对巷道 维护影响极大，随着开采深度的增大，围岩呈现软岩陛质，围岩应力的增长影响 更大。存在软弱岩石或膨胀『生岩石的巷道，不仅变形与破坏的速度加快，而且变 形与破坏的形式也趋于多元化。 ２．１．２自重应力影响 对于同一『生质的围岩，随着巷道埋深的增加，岩体的自重应力增加，贮藏于 岩体内部的弹性能增大；巷道掘进后，由于改变了原来的受力状态，从而引起弹 性能的释放，导致巷道变形甚至破坏。特别是当围岩强度小于２０ＭＰａ时，巷道埋 深对其围岩变形影响强烈，若不及时采取有效支护，则导致因变形过大巷道造 破坏。 ２．１．３地质构造 岩层层理、节理及断层的存在，使巷道围岩形成不规则的弱面结构，破坏了 围岩的整体性和连续性，降低了围岩本身的承载强度。 ２．１．４巷道埋藏深度 由于采深增加，巷道周边的集中应力超过了围岩的自身强度，致使巷道变 形加剧，巷道周边塑性区范围扩大，从而使巷道塑性区范围内岩石内聚力和内 摩擦角迅速下降，引起巷道失稳。 此外，巷道埋藏深度增加，使地温升高。而温度升高会促使岩石由脆性向塑 性转化，也容易使巷道围岩产生塑性变形。 ２．２开采技术因素 ２．２．１巷道布置 巷道布置的岩层或位置不合理，使之受到较大的地质构造及采动影响。受 采动影响，巷道变形明显加快。而巷道受初次采动影响产生的变形又明显比受 二次采动产生的变形大。 ２．２．２巷道爆破方式 采用钻眼爆破破岩，爆轰波对围岩具有一定的破坏作用。尤其对软岩，放炮 产生的爆轰波，可使围岩产生深达１．５ｍ的松动圈，直接破坏了围岩的整体结 构，降低了围岩的强度。 ２．２．３支护方式与支护结构 巷道采用以下三种支护方式：锚喷支护、锚带网联合支护和破碎顶板下的 锚带网＋架棚支护或锚带网＋锚索支护。从现场情况看，单一支护巷道比联合支 护巷道破坏率高，一次支护成巷又比二次支护成巷破坏率高。 ３ 治理对策 ３．１优化巷道布置 ３．１．１合理选择巷道层位、位置 巷道布置应避开构造集中应力、采动集中应力和煤柱集中应力的影响，选 择在岩性较为稳定的岩石中。深部水平的主副下山之间至少要留有３０ｍ岩柱， 且要交错布置。主皮带机斜巷应尽量布置在砂岩中，和砂岩层位保持一致。区段 主要运输巷至少要布置一条岩石集中巷，该岩石集中巷应避开其上覆工作面初 采期间采动影响。 ３．１．２采用无煤柱护巷 随着开采深度的加大，工作面回采后，煤体集中应力增加，塑性范围扩大， 区段煤柱和井筒保护煤柱相应增大。为避免和减少集中应力对巷道的破坏，提 高煤炭回采率，区段应采用沿空掘巷技术。 ３．１．３采用先进技术留设断层煤柱 采用井下防爆直流电法超前探测、矿井红外测温仪及地质综合分析等先进 技术手段进行综合探测，探明掘进前方０－８０ｍ范围内的水文地质异常情况，最 终确定合理的断层保护煤柱，使巷道布置避开地质构造区，确保安全生产。 ３ ２改革支护技术及工艺 随着开采深度的增加，传统的支护形式、支护工艺及单一的支护结构已经 不适应深部巷道的地质条件和变形特征，难以满足安全生产的需要，改革支护 技术，优化支护结构，完善支护工艺，达到最佳支护效果，是解决深部巷道支护 的关键。 ３．２．１全螺纹钢等强锚杆＋网＋混凝土组合支护 全螺纹钢等强锚杆采用树脂药卷锚固，根据岩性，采用加长锚或全锚两种 锚固形式，配以金属网，外加圆形铸铁托盘，采用喷锚喷、锚网喷施工工艺，支护 效果良好。 ３．２．２采用高强高预紧力锚杆支护 在深部二层复合顶板，高应力集中巷道，采用高强高预紧力锚杆支护，提高 锚杆预紧力，加强主动支护，使支护结构更为合理，能有效避免巷道遭受巨大的 不均衡地压作用而产生失稳和破坏。 ３．２．３锚喷巷道二次支护工艺 针对深部巷道矿压显现特点，要求巷道支护必须满足既能加固围岩，又能 提供较大的支护阻力、具有较大的可缩性和一定的初撑力等要求。试验证明，二 次支护成巷工艺，基本能满足上述要求。 ３ ３优化设计，合理确定支护参数 ３．３．１应力与地质评估 对矿井深部巷道围岩的强度、结构、深部位移、破坏范围和地应力进行测 试。通过测试可以准确了解巷道围岩受压情况和主应力大小及方向。同时根据 区内构造应力场及地质钻探资料进行地质评估，预测预报断层位置、断裂展布 规律以及节理裂隙的分布隋况，为合理选择支护参数提供了科学依据。 ３．３．２设计支护参数 根据实测资料、地质评估及理论分析，合理选用设计支护材料、结构型式、 支护参数。也可以通过计算机模拟来确定支护形式及支护参数 ３．３．３支护参数调整 按照初始设计进行支护后，继续脏测支护压力及围岩位移，验证初始设计 的合理性和可靠性。然后根据现场需要，调整和改进初始设计中不合理的参数， 最终达到最优设计。 ４ 结语 （１）深部巷道地压大、地温高、地质条件复杂，显现出原岩应力增大、构造应 力显现剧烈、岩体强度降低和围岩塑陛破碎区域增大等特征 因此，根据不同的 地质条件选择不同的支护方式从巷道布置、选型、支护方式、支护工艺和支护参 数等方面进行优化设计，确保巷道稳定，减小巷道维护。 （２）应用先进的支护理论和支护技术，进一步推广使用高强度锚杆和预应 力锚索技术，增加巷道施工的科技含量。 （３）利用先进技术手段和方法，科学总结和分析深部巷道矿压显现特征和 规律，建立适应深部巷道变形特征的新型支护系统。 （４）ＤＨ强现场管理，严把工程质量关，严格按设计要求和《作业规程》进行施 工，最大限度地发挥支护结构系统的支护作用。 （５）采用上述方法及措施对巷道进行综合治理，尽管增加了一次性投入成 本，但巷道支护状况大为改善，返修率降低，经济效益显著。 科技博览ｌ ２３９