王緒昇

摘 要：隨著我國(guó)煤礦開采進(jìn)入深部開采時(shí)代，巷道支護(hù)已經(jīng)成為不可避免的挑戰(zhàn)。針對(duì)煤礦開采過(guò)程中存在的問(wèn)題，主要分析了高應(yīng)力巷道、軟巖巷道以及沖擊地壓巷道的支護(hù)策略?？梢詾橛嘘P(guān)技術(shù)人員提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù);深部開采;難題;對(duì)策

1 引言

在煤礦由淺部向深部開采的過(guò)程中，地應(yīng)力和巖層的巖性已經(jīng)發(fā)生了變化。原有的正常礦井發(fā)生沖擊礦壓和煤與瓦斯突出的可能性增加。最大的問(wèn)題就是高地應(yīng)力引起的巷道的大變形，巷道的支護(hù)變得日益困難。此外，煤炭開采的強(qiáng)度也達(dá)到空前的高水平，導(dǎo)致在開采過(guò)程中采動(dòng)大幅度增加，巷道的支護(hù)難度增加，這種情況在斷面巷道條件下更為突出?？偟膩?lái)說(shuō)，所要解決的支護(hù)難題有高應(yīng)力巷道、軟巖大變形巷道、沖擊地壓巷道、破損修復(fù)巷道等幾類。本文對(duì)這幾個(gè)類型的巷道進(jìn)行分析，探討了合適的支護(hù)策略。

2 高應(yīng)力巷道支護(hù)分析

總的來(lái)說(shuō)，巷道的破壞與圍巖強(qiáng)度和地應(yīng)力有關(guān)。當(dāng)圍巖應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)圍巖強(qiáng)度時(shí)，巷道就會(huì)失穩(wěn)破壞。理論分析表明高應(yīng)力是巷道破壞的重要因素之一。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，造成巷道周圍應(yīng)力的幾種因素分別為深埋高應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造高應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力。

由于在高地應(yīng)力作用下，巖體的特性發(fā)生了根本性變化。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在高地應(yīng)力作用下圍巖的塑性增強(qiáng)，使得堅(jiān)硬的巖石在破壞時(shí)表現(xiàn)出軟巖的破壞特征;巷道圍巖變形具有很強(qiáng)的流變特性，變形量大給支護(hù)帶來(lái)巨大的難題;對(duì)于某些高強(qiáng)度脆性巖石，發(fā)生沖擊的可能性增加，巷道破壞突然， 伴有巨大聲響和震動(dòng)， 圍巖及支護(hù)被瞬間摧毀。目前，對(duì)高應(yīng)力巷道的支護(hù)主要有三種方法：可以通過(guò)合理的布置巷道的位置，然后人工卸壓，使巷道周圍處于低應(yīng)力狀態(tài)，降低巷道變形量維持巷道穩(wěn)定;采用U型鋼等高強(qiáng)度材料對(duì)巷道進(jìn)行加固，抵抗巷道圍巖的變形;此外，采用錨桿錨索對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加固，提高圍巖的承載能力，有效控制圍巖的變形破壞。圖1為常見的高地應(yīng)力巷道支護(hù)形式。

3 軟巖巷道支護(hù)分析

軟巖巷道最大的特點(diǎn)是變形速度快變形量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，巷道的支護(hù)極其困難。一般說(shuō)來(lái)， 軟巖具有軟弱性、可塑性、膨脹性、崩解性、流變性以及工程擾動(dòng)性等工程特性。軟巖巷道大體上可分為4大類：低強(qiáng)度軟巖、膨脹性軟巖、破碎軟巖、高應(yīng)力軟巖。軟巖巷道的變形主要可以表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：變形速度快，從巷道的開挖完成后還未來(lái)得及支護(hù)巷道斷面已經(jīng)出現(xiàn)了顯著的減小;巷道圍巖松動(dòng)圈的范圍較大，傳統(tǒng)的支護(hù)方式失效;對(duì)外界條件反應(yīng)比較敏感，例如遇水化泥、遇風(fēng)化砂等情況。

因此，在布置軟巖巷道時(shí)，盡可能選擇較好的地質(zhì)條件區(qū)域，最大限度的避開高應(yīng)力區(qū)域，在開挖巷道時(shí)盡量選擇較大的斷面，例如拱形、馬蹄形、圓形、橢圓形斷面，預(yù)留一定的緩沖空間。在巷道開挖形成后，采用錨桿支護(hù)和注漿的方式對(duì)巷道周圍圍巖進(jìn)行加固，主要是因?yàn)檐泿r難支護(hù)的根本原因是圍巖的強(qiáng)度較低。錨桿可以提高圍巖的局部強(qiáng)度，而注漿可以改變軟巖的工程特性。最后，采取有效的措施及時(shí)解決巷道周圍的干擾因素，如及早切斷水源、及時(shí)排水、噴漿封閉頂幫、水泥硬化底板等，以隔絕水、風(fēng)等對(duì)圍巖的軟化作用。尤其對(duì)于含有黏土類礦物的膨脹型軟巖來(lái)說(shuō)，隔水最為重要。同時(shí)要及時(shí)支護(hù)圍巖，第一時(shí)間將控制圍巖變形的手段用上去。

軟巖巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該能與其大變形和流變的特性相協(xié)調(diào)。軟巖巷道在支護(hù)時(shí)主要采取加固的形式支護(hù)，在適當(dāng)?shù)臈l件下應(yīng)該進(jìn)行讓壓支護(hù)。如此這樣，支護(hù)既具有一定的支護(hù)強(qiáng)度和剛度，而且還能滿足軟巖變形的特性。巷道的支護(hù)應(yīng)該有合適的時(shí)機(jī)，按照康紅普院士提出的困難巷道一次支護(hù)理論。所以針對(duì)軟巖巷道支護(hù)情況，可以采用高強(qiáng)高剛度支護(hù)形式，一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形與破壞，避免巷道破壞后再行維修。常見的軟巖支護(hù)如圖2所示，其中1-樹脂錨桿，2-注漿錨桿，3-混凝土砌碹，4-注漿擴(kuò)散范圍;5-錨桿作用形成的拱，6-碹體作用形成的組合拱。

3.1 沖擊地壓巷道分析

沖擊礦壓在我國(guó)煤礦開采中已經(jīng)成為一種巨大的災(zāi)害。由于其發(fā)生的機(jī)理比較復(fù)雜，預(yù)測(cè)和防治其發(fā)生存在巨大的困難。隨著礦井開采深度的增加，沖擊礦壓發(fā)生的概率有增加的趨勢(shì)。巷道沖擊礦壓是一種極其復(fù)雜的礦山動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象，其發(fā)生時(shí)有如下特征：發(fā)生沖擊礦壓時(shí)，動(dòng)力現(xiàn)象特別明顯，表現(xiàn)為巷道斷面瞬間被壓縮，有大量的煤巖彈射到巷道中，巷道發(fā)生堵塞; 發(fā)生時(shí)沒(méi)有明顯的征兆，而且作用的時(shí)間極短，只有短短的幾秒鐘到幾十秒鐘，反應(yīng)特別劇烈，有大量的能量釋放，造成設(shè)備損毀和人員傷亡;巷道的破壞沒(méi)有一定的規(guī)律，頂、底、兩幫都可能會(huì)產(chǎn)生破壞，巷道的破壞形式存在多樣性，往往發(fā)生在巷道的薄弱環(huán)節(jié)，比如在底板巖層強(qiáng)度低又沒(méi)有支護(hù)的情況下，容易發(fā)生激烈的底鼓，進(jìn)而引發(fā)全斷面失穩(wěn)。

3.2 沖擊地壓巷道支護(hù)對(duì)策

根據(jù)相關(guān)理論研究可知，巷道沖擊地壓的發(fā)生主要與高應(yīng)力、沖擊載荷、圍巖力學(xué)性質(zhì)及支護(hù)不合理等因素有關(guān)。所以，可以從這幾個(gè)方面對(duì)沖擊礦壓巷道進(jìn)行控制，巷道布置在原巖應(yīng)力正常的區(qū)域，針對(duì)巷道周圍圍巖壓力過(guò)大時(shí)，應(yīng)采取有效的方法進(jìn)行卸壓，以此來(lái)降低沖擊地壓發(fā)生的可能性，加強(qiáng)支護(hù)，采用合理的巷道支護(hù)形式與參數(shù)。

沖擊地壓巷道支護(hù)應(yīng)遵循“高強(qiáng)度、強(qiáng)讓壓、整體性”的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該堅(jiān)持以下幾條原則：由于沖擊礦壓發(fā)生時(shí)比較劇烈，在支護(hù)時(shí)應(yīng)該具有較高的支護(hù)強(qiáng)度和剛度;在沖擊礦壓發(fā)生后巷道發(fā)生的變形較大，為此可以采用柔性支護(hù)，柔性支護(hù)必須具備足夠的可縮量，以增強(qiáng)其吸收沖擊能的能力，并與圍巖的大變形相匹配;由于沖擊礦壓發(fā)生時(shí)具有強(qiáng)烈的沖擊力，巖體在沖擊力作用下會(huì)崩出，所以支護(hù)結(jié)構(gòu)能具有很好的穩(wěn)定性，在巷道劇烈變化時(shí)不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的情況;沖擊礦壓發(fā)生在巷道的薄弱環(huán)節(jié)上，因此沖擊地壓巷道支護(hù)必須采用全斷面等強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)構(gòu)件之間、支護(hù)體之間、支護(hù)體與圍巖之間要相互耦合，形成一個(gè)統(tǒng)一的支護(hù)整體。

4 小結(jié)

由于我國(guó)復(fù)雜的地質(zhì)條件，特別是進(jìn)入深部開采時(shí)代以后，巷道的支護(hù)難度增加。如何對(duì)高應(yīng)力巷道、軟巖巷道、沖擊地壓巷道進(jìn)行支護(hù)，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著錨桿技術(shù)發(fā)展的日益成熟，以及大量新型支護(hù)材料被研發(fā)出來(lái)。錨桿支護(hù)應(yīng)該是困難巷道支護(hù)的主體，高強(qiáng)度、高剛度、大延伸率、耐沖擊是其基本發(fā)展方向。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)難支護(hù)巷道的研究還不夠系統(tǒng)深入，需要在搞清機(jī)理的前提下，針對(duì)不同類型的難支護(hù)巷道研發(fā)適合的系列支護(hù)材料，并配以適當(dāng)?shù)氖┕すに嚭脱b備， 逐步形成系統(tǒng)的成套技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鞠文君，付玉凱.我國(guó)煤礦巷道支護(hù)的難題與對(duì)策[J].煤礦開采，2015，20，127（6）：1-5.

[2]康紅普.深部煤礦應(yīng)力分布特征及巷道圍巖控制技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（9）：12-17.

[3]潘一山，肖永惠，李忠華，等.沖擊地壓礦井巷道支護(hù)理論研究及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（2）：222-228.