淺談巷道動壓對巷道支護的影響

【摘 要】著重分析受采動影響的工作面壓力顯現規律，指出曉南礦在生產過程中巷道動壓的產生對原有巷道的影響，并提出了相應的支護措施。

【關鍵詞】巷道；動壓；支護

1.概述

1.1礦井基本概況

曉南礦于1980年9月28日建成投產，原設計年產量90萬噸，1990年9月25日，礦 井改擴建為150萬噸現代化大型礦井，2004年正式核定生產能力214萬噸，目前年產量在210萬噸。現已延深到二水平。由于多年回采、采空區疊加的動壓影響，直接造成巷道支護和維護十分困難，因此，解決動壓巷道的支護問題成為該礦勢在必行的任務之一。

1.2礦井壓力顯現特點

巷道在掘進過程中，多數處于原始應力場中的靜壓狀態，當采面形成并進行回采后，破壞了原來的應力平衡狀態，改變了原巖應力場中的靜壓狀態，應力值突然增大，引起巖體內應力的重新分布，巷道原有靜壓狀態下穩定平衡被打破，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，巷道圍巖才能重拳穩定下來。因此，如果巷道的支護不能適應采動影響帶來的應力變化的情況，或者不能及時采取相應的加固補救措施，則巷道會到不同程度的破壞、或斷面變形、或圍巖松動并失去平衡和穩定作用，影響巷道的正常使用。

2.礦山壓力的顯現規律

2.1礦山壓力的主要影響因素

首先是地質因素：一般來說，軟巖的強度低，受力后容易產生變形和破壞，巖層的層理、節理發育，對其強度影響極大，開掘時容易發生冒頂；其次是開采深度：上覆巖層重量大，形成的支承壓力就越大，在開采過程中，礦山壓力顯現明顯；三是煤層傾角：生產實踐證明，煤層傾角越小，礦山壓力顯現大，反之，礦山壓力顯現稍小；四是生產因素：生產因素是人為的，主要表現在巷道位置、支護形式、開采順序、工作面推進速度和控頂方法等。

2.2回采工作面集中區壓力分布特點

在煤層中開掘切眼后，位于切眼上方巖石的支撐點發生移動，上部巖層的重量將向巷道兩側轉移，使兩側負荷增加，形成集中壓力，在集中壓力的作用下，煤幫破壞變形，承載能力降低，高峰壓力即向煤幫深部轉移，其抗壓強度也逐漸增加，支承壓力也隨之形成，在采空區上覆巖體的重量轉嫁于采區四周，形成了各種狀態的集中壓力帶。

（1）隨著回采工作面的推進，煤炭大量的采出，在采空區上方形成垮落、斷裂、彎曲下沉而不斷移動超前集中應力，在工作面兩側巖梁的跨度愈演愈烈，老頂就逐漸下沉，這時工作面頂板下沉加快，煤壁片幫嚴重，支柱受力增大，接著發生頂板臺階式下沉，這是工作面回采以來老頂第一次大規模來壓，也叫老頂初次來壓，這時工作面的推進距離在20～35米之間。對我礦多個工作面觀測分析，超前集中壓力在回采工作面前后方的分布大體可分為：不受采動影響的巖石應力區B，可達工作面前方140～200米；受一般動壓影響的動壓區A，約在工作面前方的25～55米，動壓集中區A+B，屬應力集中程度最高的強烈影響區，一般位于工作面煤壁前方的30～55米，以最高應力峰值KyH為界，應力集中系數K值一般在1.4～3.9左右。

（2）回采工作面初次來壓后，老頂巖梁由雙支承狀態變為懸壁狀態，隨差工作面的繼續推進，老頂懸梁周期性折斷下沉，，工作面周期性的出現頂板下沉加快，煤壁片幫嚴重，支柱受力增加，頂板為臺階式下沉，這時就出現了回采工作面的周期來壓現象。

總之，礦山壓力的顯現過程是：急劇升高——相對穩定——又急劇升高——又相對穩定，呈波浪狀態。

2.3動壓巷道圍巖壓力的顯現特點

在煤（巖）體內掘進巷道后，巷道圍巖產生變形、位移、破壞甚至垮落，這時就產生了巷道的地壓現象，它主要表現在巷道的頂壓、側壓、底壓和巷道斜壓上。

在煤（巖）體中開掘巷道后，巷道上方的煤（巖）體失去了支撐，產生拉應力，在拉應力的作用下，煤（巖）體產生裂縫相互交錯，使煤（巖）體成為碎塊，這時如果沒有支護，這些碎塊就會掉下，產生冒頂；當裂縫繼續延伸和擴大，達到一定高度并穩定形成自然平衡拱后，其自然平衡拱內的煤（巖石）重量就全部作用在巷道的支護形式上；與此同時產生的巷道底壓和巷道側壓也同樣作用于巷道的支護形式上。

3.動壓巷道的支護

由于支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而發生多次相應變化，從平衡到不平衡，最后又趨于平衡，而且變化劇烈，時間短暫，即體現在“急劇升高——相對穩定——又急劇升高——又相對穩定”的壓力顯現規律，從而導至巷道圍巖壓力顯現很大，巷道變形嚴重，維護困難；因此要使圍巖能經受住反復的壓力變化而不松動破裂，就要求支護具有較高的抗變形能力、有較大的剛性和足夠的柔性和可縮性，錨索網噴支護就是具有這種特點。

3.1錨桿支護

動壓巷道采用錨桿支護時，錨桿密度應相應加大，減少錨桿間圍巖的跨度，使錨桿支護的抗力分布更均勻，減少錨桿間巖石的應力和變形，防止其開裂和剝落，這樣，既可以使圍巖更加穩固，適應動壓的變形位移作用，又可以防止錨空現象，發揮錨桿的作用。在壓力集中、圍巖強度高的情況下，最好采用錨索支護，以適應圍巖變形、位移情況，增大錨桿支護的可縮性，有效地調整和控制礦山壓力和位移。

錨桿必須有適當的、一定強度的托板和附件相匹配，以便使錨桿固力更能均勻地分布在圍巖中，更好的控制錨桿間巖體的穩定。另外，在煤層中掘進的巷道，錨桿托板應稍做大些，使錨桿托板更能起到護幫的作用，防止煤壁剝落使托板空懸而影響錨桿的作用。

3.2錨網支護

錨網支護是采用錨桿、鋼筋網或鐵絲網聯合支護的一種支護方法，它適用于服務年限較長的巖石動壓巷道，為了減少巷道的維修量，通常把這種支護方法也用于服務年限較短的煤層動壓巷道中，如回采工作面的上下巷等。

實踐結果表明，錨網支護結構具有較好的適應動壓劇烈變化的能力，適用于圍巖（或煤層）強度低，整體性差，裂隙、節理發育，易剝落、片幫、冒頂而自穩能力較差的巷道，適用于動壓集中，礦山壓力大、變形位移量大，而且動壓變化劇烈的巖巷、半煤巖巷和煤巷，是動壓巷道的一種主要支護形式。

3.3聯合支護

當巷道過老巷、采空區及地質構造帶時，圍巖變形位移嚴重，動壓集中壓力會明顯增大，這時，單靠錨桿支護或錨網支護仍不能滿足圍巖穩定、巷道安全使用的要求時，就可以采用聯合支護，進一步提高支護的抗壓能力，充分發揮其單獨的和共同的優勢，保證巷道安全正常使用。

4.結束語

錨桿支護在巷道處于靜壓狀態時尚能正常安全使用，而在動力作用的影響下，單靠錨桿支護難以維持巷道穩定時，則需及時補充傳統支架，形成聯合支護，以彌補錨桿支護抗力不足的一面，達到巷道的正確維護要求，保證巷道正常安全使用。

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