深埋巷道失穩機制及支護對策研究

摘 要：深埋巷道由于其受水平應力影響和垂直應力影響在數值上相近，故其破壞方式往往表現為巷道的頂底板和兩幫整體變形破壞，深部巖體在近靜水壓力的作用下其能量通過形變的方式釋放，這樣就導致巷道內部的圍巖破壞失穩。針對深埋巷道的受力變形破壞特點，提出了主動卸壓結合讓壓錨桿錨噴的支護對策，并且確定合理的一次和二次支護時機，從而保證巷道的穩定性。

關鍵詞：深埋巷道；讓壓錨桿；支護時機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.082

1 引言

隨著我國煤炭資源的消耗日益增大，我國煤礦礦井深度近年來也在不斷增加，因此，深部礦井巷道的支護問題就顯得尤為重要，尤其是深埋巷道所受地壓大的特點導致其維護的困難程度非常大，這也是近年來眾多學者研究的一個方向[1]。

2 深埋巷道的受力特點及失穩機制

深埋巷道開挖后其原來的應力平衡狀態被打破，應力發生重新分布，在短時間內深部的應力往往能使巷道的周邊發生很大的徑向位移，從而導致圍巖與深部巖體發生不連續的介質面。在淺部圍巖巖性較好且地應力不大的情況下，巷道可以依靠圍巖自身的承載能力達到穩定狀態，但是處于深埋的巷道，即使圍巖巖性較好，由于地壓大，巖體儲存的變形能巨大，如果不能夠采取一定的支護措施巷道往往在開挖不久就會發生較大的徑向位移從而引起巷道的破壞失穩。

3 支護對策

3.1 深埋巷道的支護時機的確定

目前對于深埋巷道支護方式中應用最多的是U型鋼加錨噴支護，此方式對于埋深在800米以上的巷道具有一定的效果，但當埋深超過1000米時，U型鋼便不再適用，這是因為在支護時沒有讓圍巖儲存的高變形能得到有效釋放。因此，在支護過程中應充分注意支護時機的確定。巷道圍巖破壞大都經歷彈塑性—破裂—破碎—松動變形的過程，深埋巷道由于較大的地應力，圍巖可能在開挖不久就處于破裂甚至破碎的狀態[2]。傳統的支護理論認為支護時機越早越好，但在深埋巷道中如果不讓圍巖的變形能充分釋放就支護，往往會導致支護失效。

通常來說，巖石的流變變形分為以下三個階段：Ⅰ初期流變階段、Ⅱ穩定流變階段和Ⅲ加速流變階段，在第二階段變形開始時進行支護效果最好，此時支護結構所承受的壓力不是太大也不是太小，圍巖的變形能保持在可以控制的范圍內。

3.2 支護方式的選取

近年來，一種新型的讓壓錨桿問世，高強度預應力讓壓錨桿與普通錨桿的最大區別就是它能夠在圍巖蠕變階段提供近乎恒定的高工作阻力，并可被拉伸到一定長度而不破壞以適應圍巖的大變形使錨桿既能維護好圍巖的穩定性又能保證較好的讓壓性而不致拉斷，從而提高了深埋巷道的穩定性。其主要結構由高強度桿體、讓壓管、托盤及螺母的部件組成（見圖1）。與普通錨桿不同，在桿體尾部增加了一個讓壓管，其規格可以自行設定[3]。

4 現場實踐

以某礦工作面運輸順槽為研究對象，該工作面為三面采空的孤島工作面。該順槽埋深850米，幾何尺寸為5m×3m。由于本次主要探討讓壓錨桿的讓壓性能，故設計巷道支護體系為全錨桿結構，巷道頂板采用5根新型讓壓錨桿支護，巷道兩幫各布置4根錨桿。其具體布置圖如圖2。

5 結論

（1）通過對深埋巷道圍巖的受力分析，處于深部的巷道由于高地應力的原因，導致圍巖變形較大，傳統的支護方式已經不能滿足深埋巷道的穩定性。通過主動釋放圍巖變形能，降低支護結構所承受的圍巖應力。

（2）對于處在高地應力的巷道，其支護時機確定對于巷道的穩定性很重要；經過分析，巷道的最佳支護時機應該在圍巖在處于剛進入塑性區的穩定流變階段進行支護效果最好。

（3）讓壓錨桿作為一種新型錨桿，其具有較大的恒阻之外又能較好的保持圍巖的穩定性，在深埋巷道支護中取得了良好的效果。

參考文獻：

[1]柏建彪，王襄禹，賈明魁，侯朝炯.深部軟巖巷道支護原理及應用[J].巖土工程學報.

[2]何滿朝，謝和平，彭蘇萍等.深部開采巖體力學研究[J].巖石力學與工程學報.

[3]連傳杰，徐衛亞，王亞杰等.新型高強預應力讓壓錨桿巷道支護性能的數值模擬[J].巖土力學.

作者簡介：鄧康宇（1991-），男，安徽安慶人，碩士，研究方向：巷道支護。