楊晉波（潞安集團古城煤礦,山西 長治 046204）

不同位置巷道破壞原因及治理對策研究

楊晉波
（潞安集團古城煤礦,山西 長治 046204）

摘 要：針對某礦巷道破壞率高、多次復修制約礦井安全生產(chǎn)與高產(chǎn)高效的問題，依據(jù)與開采煤層位置不同將巷道劃分為四種類型并進行巷道破壞原因分析，據(jù)此提出各類巷道的治理對策，對其它煤礦類似條件下的巷道支護有一定的參考價值。

關鍵詞：巷道破壞；空間位置；因素分析；巷道治理

1 前言

巷道是礦山開采的基礎，想要降低其變形，減少破壞和維護就要進行合理的布置與支護。經(jīng)過多年探索實踐，開發(fā)出了一系列因地制宜的新技術，如沿空留巷巷旁支護、高預應力錨桿（索）支護等，并形成了科學的設計方法，有利推動了煤炭工業(yè)化發(fā)展[1]。但地質(zhì)條件復雜多變，不合理的支護設計參數(shù)會導致巷道變形嚴重，需要進行維護、返修甚至報廢，嚴重制約了煤礦的安全生產(chǎn)[2]。因此需要根據(jù)實踐分析巷道破壞原因，總結(jié)巷道破壞預防與治理對策。

某煤礦設計年產(chǎn)量150萬t。礦井分-520m和-720m兩個開采水平，煤層傾角17°。由于受到一系列因素影響，該礦主要巷道在掘進和回采過程中變形和破壞較為嚴重，60%～70%的巷道需維修后才能使用，其中20%～30%嚴重失修，部分巷道甚至1年維修5～6次[3]，造成該礦安全生產(chǎn)環(huán)境差、經(jīng)濟效益低，給礦井的正常生產(chǎn)交替帶來很大阻礙，并且這種矛盾二水平延伸時將更加嚴重。

2 不同布置方式巷道破壞原因分析

2.1 巷道主要類型劃分

根據(jù)對巷道破壞的現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)巷道的主要破壞原因和巷道與開采煤層的空間位置有很大聯(lián)系。故依巷道空間位置將分類如下，如圖1所示：

a、本煤層實體煤巷道

巷道在煤層內(nèi)，且兩側(cè)均為實體煤，而非煤柱。

b、本煤層沿空巷道

巷道在煤層內(nèi)的沿空留巷或沿空掘巷。

c、頂、底板跨采巖巷

一般布置在采煤工作面下（上）方巖層內(nèi)，與煤層有一段距離。

d、頂、底板留煤柱巖巷

一般布置在工作面留煤柱下（上）方巖層內(nèi)，與煤層有一段距離。

圖1 該煤礦巷道基本類型

2.2 巷道破壞影響因素分析

2.2.1 本煤層實體煤巷道

（1）巷道破壞主要由支護方式選取不合理引起。該礦采用工字鋼棚支護。首先工字鋼棚支護為“被動支護”，支護效果較之錨桿支護差。其次當參數(shù)設計不合理或施工質(zhì)量不達標準時，將會破壞巷道的穩(wěn)定性，使巷道變形持續(xù)增大，凸顯其支護能力不足。

從該礦頂板和煤層的條件分析，本煤層巷道煤層和直接頂強度較低，圍巖完整性相對差，容易導致片幫和冒頂。

（2）巷道埋深的影響。巷道埋藏深度是確定巷道圍巖穩(wěn)定性的基本因素之一。該礦一水平埋深500m左右，但煤層強度較低，巷道變形仍較大。當二水平開采時，礦壓顯現(xiàn)會更加強烈。

（3）采動影響加大了巷道超前維護的難度。本煤層巷道受采動影響時，僅受到巷道掘進影響和采面前方采動影響，故對圍巖變形量影響不如前三個因素。

（4）構(gòu)造帶處較為破碎的圍巖環(huán)境增大了巷道支護難度。當巷道經(jīng)過構(gòu)造破碎帶（如褶曲）等時，未因地制宜加強支護，造成巷道變形量難以控制，使得此處巷道經(jīng)常翻修。

2.2.2 本煤層沿空巷道

（1）采動影響加劇了巷道變形破壞。通過留煤柱或巷旁支護等技術在上一工作面采空區(qū)邊緣掘進或留設巷道供下一工作面繼續(xù)使用的巷道稱為沿空巷道。此類巷道受采動影響后變形遠遠高于實體煤巷道，采動影響是沿空巷道破壞的主要原因。

（2）圍巖的完整性差給巷道的大變形提供了前提條件。沿空巷道經(jīng)受過一次采動影響，圍巖完整性較差，再經(jīng)受二次采動影響，加大了圍巖控制難度。

（3）不合理的支護措施使得支護體穩(wěn)定性降低。該煤礦的沿空巷道多采用架工字鋼對棚的支護方式，較差架棚的質(zhì)量使巷道穩(wěn)定性進一步降低。

（4）其他影響因素。巷道埋藏深度、不合理的巷道超前支護、對構(gòu)造破碎帶沒有因地制宜采取必要措施等也會造成本煤層沿空巷道破壞。

2.2.3 頂、底板跨采巖巷和留保護煤柱巖巷

（1）圍巖強度是巷道支護效果的根本。煤層圍巖多為沉積巖，強度較低，受頂（底）板采動影響時，巷道支護效果差，造成巷道變形量較大甚至破壞。

（2）不足夠的巖柱尺寸導致巷道變形急劇增加。受頂（底）板煤層采動影響時，巖柱尺寸過小的巷道將產(chǎn)生明顯變形。

（3）巷道的圍巖大變形主要由采動影響引起。如果參數(shù)設計不合理，采動影響將誘發(fā)較大范圍的破壞。

（4）較差的圍巖完整性給巷道的大變形提供了前提條件。由于巷道上方或下方需經(jīng)過工作面，該類巷道所在巖層圍巖完整性較差。在工作面回采過程中，巷道將出現(xiàn)局部掉頂、片幫等現(xiàn)象。

2.2.4 留保護煤柱巖巷

留保護煤柱巖巷穩(wěn)定性與圍巖強度、完整性、采動影響、埋深等因素有關，同時也受煤柱留設尺寸和工作面的停采線的影響。煤柱尺寸不合理會造成巷道應力集中，導致變形過大，而工作面停采線離巷道過近會造成巷道受采動影響加劇，從而造成破壞。

3 巷道破治理對策

通過對不同位置巷道進行分類和現(xiàn)場總結(jié)，分析了4種類型巷道破壞的影響因素，這些都是在設計之初就應該考慮的問題，非常值得借鑒。

對于不同位置巷道，其破壞原因不盡一致，導致其治理方法也各有所偏倚。有針對性地提出治理對策，才會取得顯著效果。

對于本煤層實體煤巷道，在設計支護與治理其變形破壞時，需要注意以下幾點：

（1）在考慮支護方式時，首選錨桿（索）支護。巷道掘進時若無明顯的冒頂與大量的片幫，優(yōu)先選用錨桿支護[4]。

（2）巷道層位的選擇要充分考慮現(xiàn)場圍巖條件。此類巷道頂煤較為軟弱破碎，難以進行支護，故沿煤層頂板掘進。

（3）合理的工作面超前加強支護。據(jù)現(xiàn)場情況，超前工作面50m加強支護，在超前工作面20m范圍內(nèi)，依據(jù)巷道變形狀況適提高單體液壓支柱密度。

（4）對于局部地質(zhì)構(gòu)造帶處采取合理措施。當巷道位于地質(zhì)破碎帶中時，須根據(jù)現(xiàn)場制定合理的措施，不能盲目參照原參數(shù)支護。

（5）巷道層間距盡量布置得當。合理的層間距是巷道穩(wěn)定的有力保障。當煤層間距較小時，可以采取調(diào)整巷道水平布置位置的方法或者加強支護來盡量避開或減輕上（下）部煤層的底（頂）板破壞帶的影響。

對于本煤層沿空巷道，需要考慮的下面三點：

（1）本煤層沿空巷道可以考慮采用留小煤墻的沿空掘巷或沿空留巷方式，支護可采用高預應力錨桿（索）聯(lián)合支護或巷旁充填體支護。

（2）加大工作面超前支護力度。與實體煤巷道類似，超前工作面50m加強支護，在超前工作面20m范圍內(nèi)，依據(jù)巷道變形狀況適提高單體液壓支柱密度。

（3）巷道布置層位的選擇。由于受兩次采動影響，一般巷道煤體較為破碎，故該類型巷道多沿煤層頂板掘進，以免頂煤垮落。

而針對頂?shù)装蹇绮蓭r巷和留煤柱巖巷，需要結(jié)合各破壞影響因素進行巷道布置與巷道支護的設計。

1）巷道布置層位盡量選擇圍巖穩(wěn)定性良好的位置，避開開采高應力集中區(qū)，降低巷道變形破壞。

2）盡量將巷道布置在開采破壞帶以外的位置，巷道與開采煤層垂距要合理設計，以期減少采動影響。

3）合理安排煤層及工作面開采順序。一般情況下，煤層間的開采順序選擇采用下行方向，并設置合適的停采線；巷道兩側(cè)同時相對開采可引起巷道強烈變形甚至破壞，因此要盡量避免。

4）巷道支護方案的設計必須因地制宜。通過地應力測試與巖石力學測試等手段評估現(xiàn)場地質(zhì)條件，結(jié)合開采方案，確定支護參數(shù)。該類型巷道優(yōu)先選用錨桿（索）支護；而對于圍巖完整性較低的破碎圍巖巷道與返修巷道，可以采用“注漿加固+錨桿支護”的綜合治理技術。

參考文獻：

[1]陳炎光，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社,1994.

[2]賈蓬，唐春安，王述紅.巷道層狀巖層頂板破壞機理[J].煤炭學報，2006,31(01):11-15.

[3]楊宏敏，楊吉平等.采動敏感型巷道圍巖控制技術研究[J].煤炭工程,2007(10):35-37.

[4]張忠溫,馮學武.回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護型式確定[J].礦山壓力與頂板.