深部巷道矿压显现与控制研究

[摘 要]阐述了深部巷道矿压显现特征及围岩控制技术，以淮南煤矿为例，介绍了锚杆锚索加固控制技术应用情况，现场监测表明，该支护方案取得了良好效果，是一种有效控制深井软岩巷道大变形的支护方法。为该矿及其他矿井类似巷道支护提供了借鉴经验。

[关键词]深部巷道；矿压显现；围岩控制

中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0329-02

0 前言

巷道变形破坏严重，维护困难。巷道矿压显现随开采深度加大而增加，通常在开采深度600m后，巷道开始出现深矿井开采的巷道矿压显现特征。矿井随着向深部延续，逐渐出现矿压显现强烈，开采条件不断恶化，生产技术效果和经济效益下降等问题，给生产带来的困难不断增加，需要采取相应的技术措施。

1 深部巷道矿压显现特征

深部巷道地应力增加，导致围岩岩性恶化，围岩塑性区和破碎区范围大，尤其煤巷两帮的煤层强度小，在采动支承应力作用下，塑性区和破碎区更大，两帮相对移近剧烈，降低了两帮对顶板的支护；高应力通过两帮传递到底板，因施工困难、巷道底板一般不支护或支护强度较小，因此，深部巷道底鼓严重。深部煤层巷道在两帮相对移近过程中，作用于顶板和底板，导致顶板下沉和底板鼓起，两帮相对移近与底鼓相互作用，即两帮相对移近促进底鼓，底鼓又加剧两帮移近。与浅部巷道支护显著的差别，深部巷道不仅要加强顶板支护，也要重视控制两帮相对移近和底鼓。

2 深部巷道围岩控制技术

2.1 巷道布置优化及应力控制法

在深部开采中，根据地应力实测数据优化巷道布置方向，对巷道稳定性会起到事半功倍的作用。此外，巷道布置应尽量避开大型地质构造（断层、褶曲、陷落柱等）。根据深部煤矿地应力场分布特征，对巷道断面形状与尺寸进行优化，可改善巷道周边附近围岩应力分布，有利于围岩稳定。人工卸压法，包括切缝、爆破、钻孔及掘卸压巷等，可转移巷道周边附近的高应力，改善围岩应力状态，在适宜的条件下可作为一种辅助的围岩控制手段。

2.2 深部巷道支护与加固法

目前，深部巷道支护与加固形式主要有：锚杆、锚喷支护，U型钢可缩性支架，注浆加固，复合支护。

1）预应力锚固技术。在深部巷道采用的预应力锚杆、锚索支护技术，其支护原理是大幅提高支护系统的初始刚度与强度，形成高支护应力场，降低采动应力场梯度，主动控制围岩扩容变形，保持其完整性。同时，支护系统应具有高延伸率，允许围岩有较大连续变形，通过预留变形量，使巷道发生可控变形后仍能满足使用要求。不同巷道条件应有不同的锚杆支护形式：预应力锚杆支护适用于围岩比较完整的岩石巷道、岩石顶板煤巷等；预应力锚杆与锚索支护可应用于煤顶巷道、无煤柱护巷、软岩巷道、高应力巷道、动压巷道及大断面巷道等多种比较困难的条件；全预应力锚索支护，顶板、两帮，甚至底板全部采用预应力锚索支护，适用于深部高应力巷道、强烈动压巷道等非常困难的条件。

2）注浆加固技术。在松软破碎煤岩体中开掘巷道，围岩自稳时间短、破碎范围大，在这种条件下，注浆加固是围岩控制的有效途径。注浆加固利用浆液充填围岩内的裂隙，将破碎煤岩体固结起来，提高围岩整体强度，增加围岩自身承载能力。

3）预应力锚固与注浆联合加固技术。当巷道围岩松软破碎，锚杆与锚索锚固力不能保证时，预应力锚杆、锚索与注浆联合是一种有效的加固技术。注浆可将松软破碎围岩粘结，提高围岩整体强度，同时为锚杆与锚索提供可锚的基础，保证锚杆与锚索预应力与工作阻力能有效扩散到围岩中。注浆后采用预应力锚杆与锚索支护，可有效控制围岩扩容变形，保持围岩长期稳定。

3 深部巷道矿压控制应用实例

淮南某矿-885m东翼轨道大巷埋深为950m，断面形状为直墙半圆拱形，净宽×净高5.4m×4.7m，是连接井底车场与首采区的轨道运输大巷。由于密集布置的大断面巷道分布于大规模松软围岩中，东翼轨道巷受相邻巷道――回风巷（南）及胶带机巷开挖扰动和二次应力场相互叠加影响，使巷道不断产生较大变形，底臌、顶沉严重，多数U型棚歪斜，轨道偏斜及底板出现多处裂缝等，导致巷道整体失稳破坏。

3.1 围岩大变形特征

-885m东翼轨道大巷综掘后采用29U型钢支架一次支护+预应力锚索二次支护及滞后喷注浆作为开挖后的围岩损伤修复与补强加固。自掘进后，围岩变形特征表现为：

1）巷道来压迅速，开挖后由于原始地应力重新分布，围岩变形迅速，矿压显现剧烈，巷道掘进时的顶、底板移近速率高达30mm/d；

2）流变性显著，巷道掘进和返修后较长时间仍不能稳定，变形速率仍较高；

3）对应力扰动极为敏感，相对稳定的巷道一旦受到相邻巷道掘进扰动影响，则围岩变形再次急剧增大；

4）顶底板相对移近量大于两帮移近量，且底臌非常严重。

3.2 新支护技术措施

针对-885m东翼轨道大巷开挖后在原有支护基础上出现大变形，采取新支护措施的主导思想是增强围岩自身抗压强度和支护结构的抗变形能力，尤其重视底板支护。

针对目前-885m东翼轨道巷两帮收敛量大，底臌量大，在原支护的基础上提出以下支护加固方案：

1）因为帮部挤出量较大，因此，在两帮距底板1.7m处各施作一根φ22mm，L=6.3m锚索，在两帮距底板1.2m处各施作一根φ22mm，L=2.5m锚杆。

2）在两帮距底板0.3m处按俯角为30°各施作一根φ22mm，L=2.5m的帮脚锚杆，起应力集中区抗剪加固的作用。

3）进行底板注浆。距边墙为1.2～1.5m，挖槽深为0.7m，注浆孔深为2.0m，排距为2.1m，6分注浆管长为1.5m。

4）为有效地进行底臌治理，在底板注浆后，尽快施工底板注浆锚管。在底板两端距边墙0.2m的位置按外倾15°各施作一根长度L=3.5～5m的底角注浆锚管，注浆锚管为φ48mm×3.5mm的花管，即作注浆花管。注浆管为脚手架花管，φ=48mm，壁厚为3.5mm，长为3.5～5m，排距为2m。注浆压力为4MPa。底板注浆和注浆锚管施工时，为了防止底板跑浆，先在底板上施作一层厚50mm、强度等级为C20的水泥砂浆止浆层，24h后方可注浆。

5）在底板中线两侧向外1.4m对称施作两根φ22mm，L=6.3m锚索，起抗隆起作用。

3.3 现场监测数据

轨道大巷新开挖段采用新支护方案后重新设置了3个测站，监测数据如图1、2所示。

4 结论

1）深部巷道矿压显现特征是：塑性区、破碎区显著增加，特别是两帮和底角，控制两帮下沉和底角破坏是深部巷道支护的关键。

2）转移高应力、减小巷道浅部围岩应力，是深部巷道围岩控制的一条重要技术途径。

3）针对？885m轨道大巷提出了新支护方案，特别重视底板支护和底角抗剪支护，现场监测表明，该支护方案取得了良好效果，是一种有效控制深井软岩巷道大变形的支护方法。

参考文献

[1] 任明博.深部高应力巷道围岩控制技术研究[J].山东煤炭科技，2011（08）.

[2] 马振乾，李桂臣，阚甲广.深部软岩动压巷道围岩控制技术[J].煤矿安全，2011（08）.

[3] 宋成义，丁德才，史飞.深部巷道围岩控制技术研究[J].山东煤炭科技，2014（10）.

作者简介

马信（1986.10―），安徽淮南人，现为安徽理工大学在职研究生。