王春森 楊勇

摘 要：我國深部煤炭儲量較為豐富，針對深部礦井巷道破壞類型，文中首先對深部礦井巷道破壞類型進行了分析，進而以山東某礦的巷道支護特點及圍巖特性為例，對深部礦井的巷道表面及深部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，并提出了加強支護的建議。

關(guān)鍵詞：深部礦井；巷道；變形破壞

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.076

我國煤炭儲量的35%埋深超過1000m，開采難度大，地質(zhì)災害復雜，在淺部礦井中出現(xiàn)的各種問題，在深部礦井中表現(xiàn)得更為明顯，監(jiān)測及控制難度更為困難，雖然近些年來國內(nèi)外眾多學者對深部礦井的巷道的變現(xiàn)理論、支護手段、監(jiān)測等方面進行了研究，但深部礦井巷道的支護與監(jiān)測仍是較為薄弱的環(huán)節(jié)[1]，現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)是判別巷道是否穩(wěn)定、支護方式是否合理的重要依據(jù)，因此，對巷道圍巖變形監(jiān)測的研究顯得十分有必要。

1 深部礦井巷道破壞機理

深部礦井巷道圍巖破壞形式主要分為頂板下沉、兩幫收斂、低鼓等形式。

（1）頂板下沉。在巷道掘進過程中，巷道頂板巖層由于掘進的影響，首先發(fā)生彈性變形，開挖后由彈性變形向塑性變形發(fā)展，此過程中巷道頂板發(fā)生較小變形，整體保持穩(wěn)定；開挖結(jié)束后，巷道頂板巖層受到應力及其他因素的影響，頂板巖層出現(xiàn)流變性變形[3]。若此階段巷道支護強度能抵抗住巷道頂板變形，則巷道處于工程安全范圍內(nèi)，若不能滿足要求，則巷道頂板整體或者局部由于受到拉壓破壞，出現(xiàn)水平或垂直裂縫，這些裂縫在地應力作用下繼續(xù)發(fā)育，嚴重時發(fā)生冒頂施事故。

（2）兩幫收斂。巷道開挖后，巷道內(nèi)側(cè)若未有足夠的支護強度滿足地應力作用，則巷道兩幫會發(fā)生塑性的剪切破壞，兩幫圍巖向內(nèi)膨脹收斂，巷道對斷面縮小，嚴重時導致巷道支護失穩(wěn)[4]。

（3）低鼓。當巷道底板巖層軟弱、單軸抗壓強度較低或巖性為泥巖等遇水膨脹的巖層時都會發(fā)生不同程度的低鼓。深部礦井巷道受到的地應力較大[5]，巷道底板在由于受到巷道兩幫的水平應力作用，當壁板巖層的抗壓強度不能地礦來至于兩幫的應力時，巷道底板就會出現(xiàn)較大的變形破壞。

2 深部礦井巷道變形監(jiān)測

（1）巷道圍巖及支護。山東某礦1201回風巷圍巖泥質(zhì)砂巖，采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護方式，錨桿直徑為22mm，長度為2.8m，施加的預緊力為500KN，間距為0.9m*1m；錨索直徑為22mm，長度為6.8m，間距為2m*2m；金屬網(wǎng)的開孔尺寸為100mm*100mm。

（2）監(jiān)測方案。巷道的主要監(jiān)量測內(nèi)容為巷道頂板及兩幫的表面收斂及巷道周邊圍巖不同深度的變形。表面收斂用收斂計監(jiān)測，深部位移用多點位移計。收斂計及多點位移計的安設(shè)如下圖1～2所示。

（3）監(jiān)測結(jié)果。經(jīng)過一段時間的監(jiān)測，取得了巷道表面及深部圍巖的變形數(shù)據(jù)值，具體分析如下：

1）表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。在對巷道進行初期前，巷道周邊巖層各截面的變形收斂數(shù)據(jù)均較大，增加速度較快，平均變形量達到了6mm/d，巷道表面發(fā)生明顯的位移，部分金屬網(wǎng)變形嚴重。主要是由于該區(qū)域內(nèi)受到的地應力影響較大，且本身此段區(qū)域圍巖裂隙較為發(fā)育，受到巷道開挖的影響，巷道周邊應力從新分布，因此導致巷道變形量較大且產(chǎn)生新的裂隙。從數(shù)據(jù)可以看出，巷道掘進35d后，收斂的速度明顯降低，并最終趨于穩(wěn)定。表明開挖后，巷道的支護方式對保持巷道的穩(wěn)定起了重要作用，同時也說明巷道周邊巖層仍然是流變狀態(tài)，需要進行持續(xù)的跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。

2）巷道圍巖巖層移動監(jiān)測數(shù)據(jù)。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以，巷道頂板1～2.5m與2～4m之間的巖層之間的均值差了有將近13mm，說明巷道的開挖掘進使得周邊巖層發(fā)生持續(xù)性的破壞，造成兩個區(qū)域之間形成了較大的縫隙。4～6m之間的巖層監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該區(qū)域范圍內(nèi)的巖層處于整體狀態(tài)，未遭受塑性變形，處于彈性變形區(qū)域，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。

3 總結(jié)

深部礦井巷道由于受多重因素的綜合影響，巷道周邊收斂變形數(shù)據(jù)值較大，由于受到開挖的影響，巷道支護前期變形速度較大，且導致巷道周邊深部巖層在一定范圍內(nèi)形成裂隙較為發(fā)育的破裂巖層。針對巷道開挖后圍巖初期變形的特點，應綜合考慮多種支護方式，發(fā)揮各種支護方式的作用，同時開挖后應立即進行支護，施加預應力，減少頂板離層及兩幫變形。

參考文獻：

[1]陳建宏，鄭海力，劉振肖，楊瑞波.基于優(yōu)勢關(guān)系的粗糙集的巷道支護方案評價體系[J].中南大學學報（自然科學版），2011，42（06）：1698-1703.

[2]蘇俊彥，李光榮，李明，唐強，蘭川.極薄煤層綜采技術(shù)的研究與應用[J].工礦自動化，2011，37（09）：89-92.

[3]康紅普，王金華，林健.煤礦巷道支護技術(shù)的研究與應用[J].煤炭學報，2010，35（11）：1809-1814.

作者簡介：王春森（1988-），男，本科，助理工程師，從事智能化綜采技術(shù)研究。