陳曉峰

（同煤集團生產技術部，山西 大同 037003）

引言

在巷道圍巖比較復雜的情況下，圍巖受到的地應力較大，也容易破碎，從而巷道很容易變形，維護起來困難較大。目前我國在復雜圍巖的支護處理方面還存在一定的不足，不能有效結合實施現(xiàn)場的情況來進行支護方案的選擇和確定。因此，要進行安全高效的煤礦開采，就要深入研究和探索在復雜圍巖條件下的大斷面受損動壓巷道修復技術。目前國內外巷道支護技術主要有錨桿、U型鋼可縮性支架、工字鋼等。

1 復雜圍巖大斷面受損動壓巷道的基本特征

復雜圍巖是一種地下的工程環(huán)境，其地質條件比較特殊，常規(guī)的施工措施不能保證施工安全。這種復雜圍巖的形成因素有很多，地質構造如裂隙、斷層等，地應力或是水理作用等都能影響復雜圍巖的形成。因此，研究復雜圍巖條件下的巷道支護技術對于地下工程的施工安全十分重要。

1.1 復雜圍巖巷道類型

目前我國復雜圍巖巷道主要有五類：低強度圍巖、膨脹性圍巖、高地應力圍巖、節(jié)理化圍巖以及復合型圍巖。

低強度圍巖的結構特性比較軟弱松散，巖石單軸的抗壓強度較低（＜30MPa），低應力條件下就容易變形，甚至破壞。膨脹性圍巖，這種圍巖的特性是遇水容易膨脹，因為巖石包含了一些吸水性較強的黏性土礦物。高地應力圍巖，顧名思義，是在高地應力下才會顯著變形。在煤礦開采中，只有開采深度達到一定程度時，才會出現(xiàn)這種情況。開采深度越深，圍巖變形程度就越大，受到的破壞就愈加明顯，會相繼出現(xiàn)巖體破碎、變形，甚至出現(xiàn)動力災害現(xiàn)象。節(jié)理化圍巖的結構強度較高，但是隨著煤巖體的層理、節(jié)理和裂隙等的發(fā)育，使得整體的煤巖體強度降低，穩(wěn)定性降低。在褶皺或斷層等地質構造地帶附近，往往會出現(xiàn)這種節(jié)理化圍巖。復合型圍巖就是同時存在兩種及以上的圍巖。

1.2 復雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形的影響因素

1）圍巖性質。巷道底板為碳質泥巖的圍巖一般強度較低，容易破裂。由于這種泥巖含有很多軟化性的膨脹礦物成分，使得圍巖遇水容易膨脹、軟化，進而造成巷道嚴重變形。由于水的侵蝕，本已松散的巖體更容易出現(xiàn)流變情況，而且?guī)r石軟化后，其承載能力和強度都大大降低，圍巖裂隙發(fā)育隨之加快。所以，巷道支護結構的強度和承載能力主要受水的影響和圍巖裂隙的發(fā)育的影響。

2）采動影響。在經過多種形式、不同方向的采動后，巷道內部圍巖的應力也發(fā)生著變化，在多次采動影響后，巷道圍巖的強度就會相應降低，從而可塑性升高，擴大了圍巖松動的范圍，這樣巷道支護的條件更加不利。所以，采動的影響也是巷道變形和破壞的一個重要原因。

3）瓦斯爆炸和水的影響。當?shù)V井發(fā)生瓦斯爆炸后，巷道開挖后的應力平衡就會遭到破壞，圍巖應力隨之變化，降低圍巖強度，巷道嚴重變形。而且受瓦斯爆炸的影響，巷道受損嚴重，其寬度增加，而用來滅火的水會沿著巷道破壞后的裂縫延伸，使得巷道的變形更嚴重。

1.3 復雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形破壞的特點

1）變形時間長。復雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形有一定的規(guī)律，一般是蠕變變形三階段。這種蠕變變形是指，隨著時間的增加，應變速率先減小，然后保持不變，最后迅速增大，一直到巖體遭受破壞。

2）變形程度大。復雜圍巖大斷面受損動壓本身的性質導致巷道變形的程度較大，在一些設置仰拱的地段，對頂板和側幫進行了巷道支護，但這就對調整圍巖應力增加了難度，底板是最薄弱的環(huán)節(jié)，容易發(fā)生應力的釋放與體積的膨脹。

3）環(huán)向受壓。一般的復雜圍巖大斷面受損動壓巷道都是環(huán)向受壓，在開挖巷道后，底板會發(fā)生底鼓，頂板也會變形，甚至掉落。這樣在進行巷道支護時，就要控制底板，避免發(fā)生底鼓，造成兩幫破壞，頂板掉落現(xiàn)象。

2 復雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形的破壞機理

2.1 巷道變形的破壞形式

巷道變形的破壞形式主要有四種，即頂板變形破壞、兩幫變形破壞、巷道底臌破壞、頂板與兩幫交匯處變形破壞。

頂板變形破壞，巷道頂板明顯下沉，局部地方有冒頂現(xiàn)象，頂板破碎。頂板部分的預應力消失，錨桿裸露，梁掉落。鋼帶彎曲破斷比較嚴重，巷道的大部分鋼絲網破壞，失去作用，頂板出現(xiàn)離層現(xiàn)象。兩幫變形破壞，主要是向巷道內變形，原因是工作面受到了支撐壓力，還有巷道圍巖釋放的應力。

2.2 巷道變形的破壞原因分析

采用應力影響變形破壞分析，巷道形成中受到多方面因素影響，在巷道的方式和位置不同時，其受到的采用應力也不同。一般因采動影響將回采巷道分為三類，第一，位于未經采動的煤體內，巷道兩側均是煤體。第二，是巷道一側為煤體，另一側為穩(wěn)定的采空區(qū)，也就是采動穩(wěn)定巷道。第三，是上區(qū)段的運輸巷與下區(qū)段的回風巷同時掘出，即正采動巷道。

2.3 巷道變形的破壞特征

巷道變形大，在破壞巷道之前，受工作采動影響，出現(xiàn)側幫內移、底板下沉等現(xiàn)象。在采動影響下，巷道會出現(xiàn)較大的變形。在短時內，巷道頂板和底板與兩幫的移近量會出現(xiàn)很大差別。巷道兩幫應力較集中，變形范圍加大。

巷道變形時間性，在復雜圍巖的條件下，動壓巷道的變形過程一般都具有時間性，這主要與動壓源的位置和巷道位置有關。隨著動壓源由遠及近變化，巷道變形程度和速度都明顯加大。

巷道變形破壞形式多樣，有底臌、冒頂、頂板下沉、兩幫片幫等。動壓巷道的常見破壞形式是底臌破壞，受動壓影響，由于沒有對巷道進行支護措施，巷道的兩幫和頂板受到的應力得到釋放，就會導致一定程度的底臌，而且隨著采動的加快，巷道底臌的破壞就愈加明顯。

2.4 巷道變形的破壞機制

巷道變形的破壞機制主要有三種，巷道頂板圍巖變形破壞、巷道兩幫圍巖變形破壞和巷道底板圍巖變形破壞。

巷道頂板圍巖變形破壞，其形式主要是頂角的應力太大，使得頂板深部受到破壞。由于沿層面滑動方向發(fā)生內位移，使得巷道頂板下部的巖層與其上部巖層脫離開，這就導致頂板下部的巖層要獨自承受力量。

巷道兩幫圍巖變形破壞，由于巷道構造應力的影響，巖體本來的應力平衡被破壞，致使巷道兩幫出現(xiàn)裂紋，并向內擴展。而一旦產生裂紋，就使得巷道兩幫的承載能力降低。

3 復雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形的修復技術

要充分利用巷道圍巖的本身的承載能力，盡量維持巷道的穩(wěn)定；要設置強度較大的巷道支護體來控制巷道圍巖的變形，保證巷道圍巖的施工安全；加強對巷道底臌的控制，用底角錨桿、可縮性的封閉金屬支架來對底臌進行支護措施；要兼顧護頂和護幫；盡量分區(qū)支護，分段來施工。選擇錨桿支護作為重點的巷道支護方式，錨桿支護可以提高圍巖的強度，與圍巖共同承擔重量，形成完整的承載圈。

1）觀察分析頂板、瓦斯等情況，制定出施工措施；

2）在冒落區(qū)周邊打臨時支柱，將冒落處的頂板托?。?/p>

3）逐步向冒落區(qū)推進，清理冒落矸石（煤）；

4）依次由一端架設棚子，棚子以上未接頂?shù)牡胤揭媚径饨禹敚?/p>

5）進行安全檢查，確認無危險后，方可收工。

4 結語

在復雜圍巖環(huán)境下，大斷面受損動壓巷道的修復技術對于保證煤礦地下工程施工的安全極為重要。施工單位要選擇和確定合適的巷道修復技術，就要對復雜圍巖的巷道類型、復雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形和破壞的原因、特征、影響因素和機理等，進行深入分析與研究，結合實際的施工情況，選擇合適的巷道修復技術，從而更好的保證煤礦地下工程施工的安全進行。

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