高應力區穿層硐室圍巖變形特征及其控制

梁博

(山東東山王樓煤礦有限公司,山東濟寧 272063)

高應力區穿層硐室圍巖變形特征及其控制

梁博

(山東東山王樓煤礦有限公司,山東濟寧 272063)

隨著我國經濟迅速發展,煤礦的開采深度不斷增加難度越來越大,高應力區的開采技術要求越來越高,因此,對高應力區穿層硐室圍巖變形特征的研究,有利于采取更有效的控制措施,從而提高煤礦開采過程的安全性,保證開采工作人員的生命安全。本文就高應力區穿層硐室圍巖變形特征和形成原因進行敘述,提出相應的控制對策,以提高硐室圍巖的支護有效性,促進煤礦深部開采高應力區穿層巷道支護技術水平不斷提升。

煤礦開采 高應力區 硐室圍巖 變形特征 控制對策

在煤礦開采過程中，高應力區巷道是威脅煤礦安全生產的重要因素，因此，加強對高應力區穿層硐室圍巖變形情況的研究，分析高應力區穿層巷道被破壞的機理，可以不斷創新巷道支護技術，對于提高高應力區穿層硐室圍巖的支護穩固性具有重要現實意義。

1 高應力區穿層硐室圍巖變形特征和形成原因

隨著煤礦開采深度的不斷增加，個別煤礦深度已經達到1100米以上，由于受到地質結構的影響，深層巷道的硐室圍巖變形特征也逐步形成，給煤礦開采帶來了許多困難。根據某煤礦開采情況來看，1100繞道的區域是主要軌道運輸大巷，巷道深度為650米左右，因此，選取1100繞道的100米變形段為高應力區穿層硐室圍巖變形特征研究段，其中，硐室的頂部為泥質粉砂巖和炭質泥巖混合層，最上層為細粉砂巖；底部為泥質粉砂巖和細粉砂巖的互層，最底層為中粗砂巖和砂礫巖混合層。

由煤礦現場開采情況可知，這個研究段為高應力集中區，并且受到穿層結構的極大影響，經常處于不穩定狀態，給煤礦開采帶來了極大安全威脅。研究段的高應力主要來源于構造應力、自重應力和采空區集中支承壓力三個方面，同時，因為地質構造比較復雜，導致硐室穿層的布置呈現出弱結構狀態，因此，多重壓力情況下，硐室圍巖表現出變形非常嚴重、難支護的弱結構高應力軟巖硐室圍巖特征，其破壞形態主要出現在底部、頂部和幫部三個位置，成為了制約煤礦開采向縱深發展的關鍵問題。

根據相關調查和研究分析得出，高應力區穿層硐室圍巖變形的形成原因主要有如下幾個方面。

1.1 圍巖巖性方面

由于研究段的硐室的深度比較大，穿層硐室的煤巖是互相混合在一起的，煤體強度比巖體強度小很多，因此，硐室整體受力不均勻，經過多次返修和加固后，巖體內部結構發生了變化，裂縫產生，導致硐室圍巖出現破碎和掉落現象，并且隨著時間加長，圍巖松動的范圍會逐漸擴大，給硐室圍巖的支護加固增加了很高難度。在對研究段進行高應力區穿層硐室圍巖變形的研究時，使用鉆孔內窺儀進行圍巖內部結構的測試，發現松動范圍達到了2米以上，使硐室圍巖的整體性變得很差，自承能力被大大減弱，導致硐室圍巖的煤層呈現出典型的強度不耦合特征，最終引起硐室圍巖嚴重變形。

1.2 高應力方面

在進行煤礦開采時，研究采煤工作面較多，采空區周圍的煤體受到多重支承壓力疊加，形成比較集中的支承壓力區，并且受到向斜構造的影響，原有的應力也比較高。因此，硐室圍巖所受到的應力變化非常大，給圍巖支護帶來巨大壓力，造成硐室圍巖變形，從而形成經常返修的高應力軟巖硐室圍巖特征，大大增加了硐室圍巖的支護難度。根據研究分析和相關計算結果可以得知，圍巖在水平方向所承受的應力要大于豎直方向，因此，本文研究段的硐室圍巖應力都達到了高應力水平，并且硐室正處于高應力集中區，在進行煤礦開采時，必須高度警覺，避免重大安全事故發生。

1.3 弱結構方面

由于研究段受到向斜構造的影響，硐室與煤層走向形成了一定幅度的夾角，并且煤層存在一定幅度的傾角，使煤礦開采的難度不斷增加。與此同時，研究段的硐室斜穿過多層煤層，使硐室圍巖的組成結構變得比較復雜，包括了全巖、全煤、半煤半巖等幾種形態，從而形成了弱結構硐室。因此，硐室圍巖的形態呈現出不對稱現象，出現弱頂、弱底和弱幫同時存在的情況，導致各部分巖體的強度和結構表現出不耦合形態，最終引起硐室圍巖各斷面的局部首先受到破壞，使硐室圍巖發生巨大變形，致使整個硐室受到破壞，給煤礦開采帶來嚴重影響。

2 高應力區穿層硐室圍巖變形的控制對策

為了提高煤礦開采過程的安全性，根據高應力區穿層硐室圍巖變形的特征和形成原因，制定的控制對策如下：

根據硐室圍巖的結構組成和煤層特征，選擇錨網噴、錨注作為主要支護工具，其中，全巖段采用錨網噴和U型鋼；全煤段和弱結構段都采用錨網噴和錨注，以進行不同程度的支承。由于高應力區穿層硐室圍巖的結構比較復雜，硐室長期處于高支承壓力狀態，因此，需要將高應力進行分散，并形成有效的高強度支護體，以提高硐室圍巖的支護穩定性，保證硐室的安全。首先，在硐室擴大后緊跟礦井工作面，用錨網進行支護；然后，等硐室所承受的應力分布穩定以后，硐室圍巖會發生一定變形，及時選擇合適位置使用錨網噴進行支護，從而達到分散高應力的目的；最后，由淺部位置向深部位置轉移，以提高深部巖體的承載能力，使硐室圍巖的結構保持耦合狀態，并用錨注進行二次支護，將錨桿和注漿的作用結合在一起，最終達到加固硐室圍巖、提高和改善硐室圍巖性能的目的，以保證硐室圍巖強度和巖體結構相耦合。

根據上述操作可知，第一次支護采用錨桿，第二次支護采用錨注，作為底角錨桿，并且扎入底層的角度要保持在30°左右，同時對底角進行錨注支護、鎖角和強底操作，防止高應力軟巖硐室圍巖支護位移較大情況出現，從而使研究段硐室圍巖變形情況得到有效控制。

3 結語

綜上所述，在煤礦深度開采過程中，想要有效控制高應力區穿層硐室圍巖的變形程度，提高硐室圍巖支護的穩定性，采用錨網噴和錨注可以有效提高支護效果，從而給煤礦開采工作人員的生命安全提供可靠保障。

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