盧萍

摘要：文中提出了巷道失穩(wěn)寬度B_的確定方法，以SA煤礦3107回風巷作為算例，得出結論是在煤柱寬度是20m時，巷道處于應力集中區(qū)內，圍巖變形量大難以維護，產生明顯的失穩(wěn)現象，此后需預防冒頂事故的發(fā)生并采取合理的加強支護措施。

關鍵詞：巷道圍巖失穩(wěn)；巷道失穩(wěn)寬度

0 前言

開挖煤礦的巷道期間，良好的控制圍巖對礦井的安全十分必要，若控制不當，不但破壞原有的平衡，也會打破圍巖的穩(wěn)定性。近年來，巷道變形嚴重的原因是受到開采深度的影響，使得低壓力增大，進而使原有的巷道出現了形變，擠壓底鼓及片幫，支護能力下降，巷道的穩(wěn)定系數降低。而對煤礦的巷道進行挖掘或者回采的時候，也會影響巷道圍巖的應力，使得巷道頂底板以及兩邊的巖體開始形變，且逐步移動到巷道的內部空間內，長此以往，圍巖的穩(wěn)定性會在形變的影響下外部形態(tài)出現變化，所以做好巷道圍巖失穩(wěn)類型和失穩(wěn)機理分析顯得十分必要，本文主要概述圍巖失穩(wěn)類型和分析失穩(wěn)機理。

1 基于巷道失穩(wěn)寬度的圍巖失穩(wěn)分析

當圍巖發(fā)生變形時從力學變形角度看，通常會出現從最初的穩(wěn)定的彈性時期，之后通過過渡期的塑性發(fā)展到受到破壞的失穩(wěn)狀態(tài)，如圖1所示。

Bmax代表的是巷道失穩(wěn)寬度，通常是用來代表巷道圍巖穩(wěn)定性的目標，當巷道圍巖比Bmax小時，這時巷道圍巖處于一種穩(wěn)定狀況中，反之比Bmax大時巷道就會出現失穩(wěn)現象。圍巖的兩個變形階段彈性和塑性時期是在巷道寬度Bmax到達頂級數值時產生的，采用科學的支護方法使圍巖巷道保持彈性及穩(wěn)定數值范圍內；在塑性期內的圍巖由于巖石發(fā)生擴展，圍巖的應用力度降低，引起圍巖變形。從其它方面來說，應力狀況的標準可以通過巷道失穩(wěn)寬度Bmax表示。巷道的平衡狀態(tài)被破壞是因為巷道在開挖過程中其寬度比巷道失穩(wěn)寬度Bmax大，造成圍巖的穩(wěn)定構造受到破壞，引起支護與圍巖的支撐作用無法發(fā)揮，進而使圍巖承力構造處于失衡狀態(tài)，同時在每個不同階段發(fā)生過程中巷道圍巖構造的受力和分布狀況都不相同，圍巖的應力分布狀態(tài)也不同，當巷道寬度比Bmax大時，其上述現象更為顯著。

2 工程概況

SA煤礦中煤層厚度達到2.8m，其深度450m，頂層為砂質泥巖層，下面為泥巖，3106與3107相連在一起，3107工作面回風巷是文中此次研究的試驗項目，當中有三條采巷道工作于3107工作面，煤柱寬度是20m；其中有四條回采巷道在3106工作面中，煤柱寬度是20m。

由于受到覆巖層振動壓力作用以及巷道圍巖頂層和底處是砂質泥巖為軟弱圍巖，強度和應對變形力的作用較差；其次由于受力狀態(tài)和圍巖巷道支護沒有進行科學設計，造成支護力度不能滿足實際工作現場的需求，而降低了圍巖支護的強度；然后由于沒有利用科學的方法設計巷道煤柱的寬度，使巷道在工作過程中受到劇烈的工作強度而使回風巷發(fā)生變形，降低工作效率，進而使礦井的經濟效益受到很大的損害。

3 巷道圍巖應力狀態(tài)分析

工作面回采期間，需要注意巷道圍巖的應力和巷道圍巖的形變情況，這與煤柱的寬帶有著直接聯系。所以說煤柱是控制巷道的一項重要技術手段，進行合理煤柱寬度預留能更好地優(yōu)化動壓巷道圍巖應力分布的同時，使得圍巖的內部縫隙發(fā)育度降低，進而圍巖能更加完整，使其承載力更佳。合理煤柱寬度選擇十分必要，煤柱寬度的影響因素分別是圍巖的強度、上覆巖層活動、煤柱的應力。3106的工作面瓦斯尾巷煤柱的高度為20m，在工作面進行回采的時候，會受到上覆圍巖的動力壓強作用影響，使得巷道圍巖出現巨大的形變，特別是底鼓，使得圍巖的裂隙開始高度的發(fā)育，其穩(wěn)定性大大減弱。結合現有的數值，進行模擬分析能了解到，巷道所處的位置正是在側向應力曲線和應力升高區(qū)的影響范圍內。接下來對煤柱的寬度進行分析，以探尋圍巖變形的特征。本文使用的數據模擬技術，主要是對不同的煤柱高度下的動力壓強巷道圍巖狀態(tài)進行分析與了解，并比較分析巷道變形情況以塑性區(qū)分布。采用雙巷開挖方法在3106工作面中進行開挖，31061作面中的回風巷和瓦斯尾巷由于壓力作用下而發(fā)生變形現象，這時一些寬度比10m小的煤柱在保護回巷中無法滿足保護巷道的標準規(guī)定，所以本文在進行數值模擬計算過程中選擇了寬較大與寬度大的煤柱，寬度分別是（10m、12m、14m、16m、18m、20m）、（22m、24m、26m、28m、30m、32m）對巷道煤柱出現下降現象以及應力分布特點、圍巖分布特點、以及變形特點進行了模擬，并針對巷道圍巖受力狀況和受力分布下當煤柱寬度低于20m以下時的煤柱變化規(guī)律。

4 數值模型建立

3106工作面的數值模擬計算模型是依據作業(yè)現象資料以及參考相關數據文獻的基礎上建立起來的。在此模型中設置巷道寬度是4.2m，計算模型的大小為130m×4m×60m（長×寬×高），分別由31720單元和40610節(jié)點構成。設置此次模型中的邊界條件是：四周無法實現水平移動，巷底無法實現垂直向上移動，模型上部邊界設置為可進行均勻受力。計算應力值時，依據埋深390m，容重25 kN/m3進行計算，外加的應力數值是9.75MPa，覆巖層自身重量通過采用上述方法進行模擬，計算所得的側向系數是1.2。3106工作面中回風巷尺寸是通過寬度x高度，其中寬度是4.8m，高度是3.0m；3106工作面瓦斯尾巷尺寸是：寬4.2m×高3.0m。利用Mohr-Coulomb計算模型進行此次數值模擬計算，計算所得到的各巖層的力學參數如表1所示：

5 支護方案

利用數值模擬計算結果顯示，在3107工作面中的回風巷所采用的支護方法最后尺寸確定為：頂部支護是Φ20mm，長度是2400mm，選擇HRB335預緊力是30KN的左旋螺紋鋼錨桿，每排設置安裝6根，將排與排之間的間距設置為800mm×800mm；在回風巷頂端所使用的錨索尺寸為21.6×8300mm，設置間距為1600mm的每排為3根，排與排之間的距離是1600mm；兩幫幫部使用預緊力達到30KN，長度是2400mm，左旋螺紋鋼錨桿Φ20mm，間排距設置為800mm×800mm，將最底層的錨桿俯角設置成350，每隔2排錨桿打1排2根直徑。21.6×4200mm的錨索，第一根距頂板仰角度100，間距是800mm，第二根距頂層板設置為水平方向，間距為2200mm。

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