煤礦動壓巷道安全支護技術

【摘要】由于回采的動壓影響，巷道在掘井過程中，多數處于原始應力場中的靜壓狀態，一旦受到周圍采動影響，在各種集中壓力作用下，改變了原巖應力的再次或多次重新分布，巷道原有靜壓下穩定平衡被打破，圍巖發生顯著變形位移和壓力增大，需要經過應力重新分布達到新的平衡，巷道圍巖才能重新穩定下來。著重分析了受采動影響工作面壓力分布特點，并指出生產中動壓巷道的圍巖地質狀態，提出了相應的對策。

【關鍵詞】動壓巷道；支護；對策

0.概述

動壓巷道的基本特點在于，巷道在掘井過程中，多數處于原始應力場中的靜壓狀態，一旦受到周圍的采動影響，在各種集中壓力作用下，改變了原巖應力的再次或多次重新分布，巷道原有靜壓下穩定平衡被打破，圍巖發生顯著變形位移和壓力增大，需要經過應力重新分布達到新的平衡，巷道圍巖才能重新穩定下來。

如果巷道的支護不能適應采動影響帶來的應力變化，或者沒有及時采取相應的加固補救措施，則巷道會受到不同程度的破壞，或斷面變形，或圍巖松動失穩，影響巷道的正常安全使用。動壓巷道錨、噴支護結構和主要參數不能像靜壓巷道那樣，只考慮原巖應力場的作用，還必須充分估計巷道受各種采動影響的集中壓力的程度及其相應的變形、位移、壓力值，然后以此為依據全面考慮，選擇適當的支護方式和正確的參數。為此，應當對工作面四周的應力分布，各種集中壓力的分布規律和特點、影響范圍和深度等基本規律有全面的認識，同時也要考慮動壓巷道的布置是否合理，與礦山壓力是否適應。一些動壓巷道錨、噴支護發生問題，除主要支護參數選用不當外，更重要的是對采區工作面礦壓分布規律缺乏認識，巷道布置不合理所造成的。

1.采區集中壓力分布特點

隨著回采工作面向前推進，由于煤炭大量采出，打破了采區原巖應力靜態的平衡狀態。在采區工作面上方形成垮落、斷裂、彎曲下沉三個地帶，采空區上覆巖體的重量轉于采區四周，形成了各種狀態的集中壓力帶。在回采工作面煤壁前后方形成隨工作面推動而不斷移動的超前集中應力，而在回采工作面兩側，則形成單側或雙側采空后的煤柱應力集中，在回采工作面后方的采空區，則形成應力低于原巖應力的卸壓帶。同時在回采工作面前方相鄰未開采的原始煤體一側，超前集中壓力較小，形成單一動壓區。而在回采工作面前方相鄰已開采過的采區一側，因受已采區邊界單側煤柱集中壓力相疊加的影響，超前集中壓力較大，形成疊加動壓區。

2.動壓巷道圍巖壓力

根據某礦實際情況的礦壓分布分析，可以確定各采區及其周圍的煤層動壓巷道變化狀況很明顯，在原巖應力場中處于彈性應力狀態的巷道，在動壓升高應力區內可能轉達化為塑性應力狀態。原來處于塑性狀態的圍巖，在動壓升高應力區內，其塑性半徑增大，甚至出現松動破碎圈，產生松動壓力同心協力致巷道失穩。為避免出現巷道失穩現象，需采取相應的加強支護措施，或者改變巷道位置，將巷道布置在強度高、巖性好的巖層中。

3.動壓巷道支護形式

由于動壓巷道要經歷由動壓的應力狀態的多次變化，圍巖的壓力、變形、位移也隨著動壓的變化發生多次相應變化，從平衡到不平衡，最后又趨于平衡，而且變化劇烈，時間短暫，導致巷道圍巖壓力顯現很大，巷道變形嚴重，維護十分困難。這樣的條件下，要使圍巖能經受住反復的壓力變化而不發生松動破裂，就要求錨、噴支護具有較高的支護抗力和較大的抗變形能力，即要求支護結構有較大的剛性和足夠的柔性和可縮性。錨、噴支護正是具有這些特性的一種支護結構。在動壓巷道中，一般不宜采用單獨的噴射混凝土或錨桿支護。其支護結構必須以錨桿為主，錨、網為重，噴射混凝土為輔，必要時可輔以可縮性金屬支架構成混合支護結構。

3.1錨、網支護結構

動壓巷道采用錨、網支護結構，錨桿密度應相應增大，用增大均勻壓縮厚度的方法提高錨桿支護抗力。同時，錨桿密度增大，減少錨桿間圍巖的跨度，使錨桿支護抗力分布更均勻，減少了錨桿間巖體的應力和變形，防止其開裂、剝落。其次掛設一層或二層金屬網，更有助于形成一個整體，這樣，既促進圍巖更加穩定，適應動壓的變形位移作用，又防止錨空現象，發揮了錨桿的應有作用。在集中壓力大，圍巖強度高的情況下，最好采用全長錨固式錨桿，如注漿金屬錨桿，樹脂錨桿等，使錨桿在較大位移下仍保持有足夠的錨固力。錨桿必須有適當尺寸、一定強度與錨固力相匹配的托板和螺母，以便使錨桿錨固力更能均勻地分布在圍巖中，更好地控制錨桿間巖體的穩定，托板的規格應稍大一些，尤其是在煤層中的動壓巷道，使托板能起到一定的護幫作用，防止煤壁發現錨桿支護抗力不足時，應及時采取補設錨桿或其他措施，防止變形位移量過大導致松動失穩。另一方面，在設計、施工中應充分考慮支護結構在動壓影響下的變形位移，適當放大斷面，留下足夠的收縮余量，保證巷道安全正常使用。

3.2錨、網+錨索聯合支護結構

錨、網+錨索支護是錨桿、金屬網與錨索聯合支護結構，主要用于服務年限較長的跨采動壓巷道，適用于采煤工作面切眼斷面大巷道，采煤工作面軌、斷層、裂隙、節理發育等穩定性較差的巷道；還適用于動壓集中較大、礦山壓力大、變形位移量大，而且動壓變化劇烈的巖巷、半煤巖和煤巷。

3.3混合支護結構

圍巖變形位移特別嚴重，動壓集中壓力過大的情況下，單純靠錨、網支護或錨、網+錨索支護仍然滿足不了圍巖穩定、巷道安全使用要求時，可以采用混合支護結構，進一步提高支護抗力。所謂混合支護結構是將幾種支護結構結合在一起，充分發揮其單獨的和共同的優勢的支護結構，這里的混合支護結構指的是錨、網支護、錨索支護或注漿錨桿（錨索）支護與各種傳統支護（主要是剛性支架和可縮性支架相結合的支護結構）。

4.結語

巷道錨、噴支護在巷道處于靜壓狀態時尚能正常安全使用，而在動壓作用影響下，單獨靠錨、噴支護已難以維持巷道穩定時，則需及時補充傳統支架，形成混合支護結構，彌補錨桿支護抗力不足的缺陷，達到巷道的正確維護要求，保證正常安全作用。動壓集中壓力突出，圍巖變形位移比靜壓狀態增加幅度過大，變化劇烈，如果完全采用錨、網或錨索聯合支護結構，雖也能收到預期支護效果，但為了適應動壓，卸壓狀態頻繁變化，要求錨桿參數大，成本就高，對于一些服務年限較短的采區巷道來說，是不經濟的。

在這種條件下，如果錨桿支護按保持圍巖在靜壓狀態下，或一般動壓影響下能正常維修使用而進行設計施工；而在動壓嚴重影響地區，則補以可縮性支架具有可縮性，而且可回收使用，只需一定數量的可縮性支架在集中壓力影響段交替使用，這樣，混合支護結構不僅充分利用了錨、噴支護的優勢，而且自身的可縮性又能適應圍巖變形位移，有較大的支護抗力，且具有更好的技術經濟效果。混合支護結構是多種多樣的，實際應用中可針對現場的具體情況，因地制宜地采用 不同的混合支護結構，要求能適應動壓影響，既有較大的可縮性，又具有較大的承載能力，而且便于架設和回收。

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