煤礦巷道支護的難題分析及對策研究

摘要：支護巷道是煤礦開采過程中的一道重要工序，它是確保煤礦安全開采的關鍵。各礦井長期開采，礦井煤炭資源量必然不斷減少，煤礦開采的地質條件也會越來越復雜，這就給礦井巷道支護工作提出了更高要求，特別是當礦井煤炭資源開發進入深部開采階段后，面臨的巷道支護問題將會更多，如高地應力引發巷道大變形，斷層褶曲較難支護等。為提高巷道支護質量，更好的保障礦井安全生產，本文介紹了幾種典型的難支護巷道，分析了它們的圍巖變形破壞特征，并提出了相應支護對策。

關鍵詞：煤礦；巷道支護；難題；對策

1 高應力巷道

圍巖應力與圍巖強度是影響巷道破壞的兩個重要因素，當圍巖應力比圍巖強度大時，巷道圍巖易發生失穩現象，造成巷道破壞。由此可見高應力巷道極易發生巷道破壞。

1.1 高應力巷道變形破壞特征分析

首先我們可將高應力巷道大致分為：深埋高應力巷道、構造高應力巷道以及采動高應力巷道。由于巷道受內部高應力的作用，會使煤巖體的實際變形特性產生變化，具體主要表現為：

①在高地應力的影響下，巷道圍巖會從脆性變形逐步轉變為塑性變形，這樣對于哪些深部堅硬圍巖來說，軟巖變形特性特性將會更加明顯。

②巷道圍巖時間效應明顯，流變特性顯著，會呈現出很大的累積變形量，持續的大變形會增加圍巖控制難度。

③部分高強度、沖擊傾向性強、具有較大脆性的圍巖，在高應力的嚴重影響下，會呈現出更加顯著的動力沖擊破壞特性，易突然發生巷道破壞，瞬間摧毀圍巖，震動大，巨響大。

1.2 高應力巷道支護對策

我們可通過下列三種途徑來控制高應力巷道圍巖。把圍巖應力想方設法的降低，首先應科學布設巷道，讓巷道處于基礎地質條件較好的區域，其次可借助人工卸壓法，來降低巷道圍巖應力，再者可通過強化巷道內支護，可讓一些U型鋼、工字鋼、鋼管混凝土等直接支護體，直接支護于巷道圍巖表面，以更好的抵抗受內部應力向巷道內變形收斂；加固圍巖，可借助錨桿、錨素以及注漿等方式來加固支護圍巖，以增強圍巖自身自承載能力，對圍巖變形破壞進行有效控制。

2 軟巖巷道

由于軟巖巷道具有圍巖變形迅速、變形量大等特點，這就決定了其巷道支護必然難度較大。

（1）軟巖巷道類型。通常軟巖的工程特性主要有：軟弱性、可塑性、崩解性、流變性。基于軟巖的這些工程特性，我們可把軟巖巷道大致分為：低強度軟巖巷道、膨脹性軟巖巷道、破碎性軟巖巷道以及高應力軟巖巷道四大類。低強度軟巖一般由軟弱煤層、砂質泥巖、泥巖等成分組成，這些成分組成的巖體不易膠結，整體性較差，強度低，易發生崩解、分化，缺乏足夠的承載能力。膨脹性軟巖中通常含有膨脹性黏土礦物，這些黏土礦物受水利作用后，易發生膨脹變形，膨脹變形易降低圍巖強度，并使圍巖生成裂隙，降低圍巖力學特性。破碎軟巖巷道四周的巖層或煤層一般較松軟、易破碎，存在嚴重的節理裂隙發育現象，圍巖整體性較差，缺乏強烈的承載力。在一些陷落柱、斷層破碎帶、采空區等特殊地質構造區易存在破碎軟巖巷道。

（2）軟巖巷道變形破壞特征。軟巖巷道圍巖具有很多變形特征，仔細分析這些特征大致可總結為以下四點：圍巖來壓快，實際變形快。部分巷道開挖后，還未來得及支護，其四周圍巖已發生明顯變形，巷道斷面顯著變小；巷道變形量大，流變性明顯，很難收斂變形；部分軟巖膨脹特征較明顯，底鼓變形幾率大；易受水、風、壓力、振動等外界因素影響。

（3）軟巖巷道圍巖控制對策。①不斷改進優化巷道位置，科學布設支護斷面。若必須在軟巖地層中開辟巷道，應盡量繞過高應力區，選用巖性較好的巖層，最好選用拱形斷面、馬蹄形斷面或圓形斷面，并留設充足的變形空間。②想方設法的增強圍巖整體強度。軟巖的一重要特征就是強度低，難支護，因此，我們可通過提高圍巖強度來徹底解決軟巖支護問題。在實際生產中，我們經常用錨桿支護來增強圍巖強度，控制圍巖變形特性。③及時封閉與支護圍巖。在日常生產中，考慮到軟巖的變形特點，生產過程中應第一時間采取相關措施來保護圍巖，如提前切斷水源，盡快排水，對頂幫進行噴漿封閉，對底板進行水泥硬化等，盡量避免水、風軟化圍巖。同時還應對圍巖進行及時支護，以達到盡快控制巷道變形的目的。④科學設計支護結構。由上文可知，軟巖巷道大變形與流變性都很強，軟巖巷道支護結構必須協調于圍巖變形，可采用讓壓、加固以及支護，充分結合的支護方式，努力提高圍巖自承能力。支護結構一方面應有足夠的支護強度與剛度，另一方面應能很好的適應巷道變形。⑤一次完成巷道支護。應選用高強度支護結構與高剛度支護結構來支護軟巖巷道時，應通過一次支護就能對圍巖變形與破壞進行有效控制，最好不要等巷道出現破壞后再實施二次維修。

3 沖擊地壓巷道

3.1 沖擊地壓巷道來壓特征

①來壓劇烈，存在顯著的動力特征。一般頃刻間就可摧毀幾十米的巷道，可拋出幾十噸，甚至上百噸的煤巖體，可瞬間堵塞巷道斷面。

②突發性強，來壓前征兆不明顯。時常會突然發作，像爆炸一樣。

③破壞性大，當沖擊地壓爆發時，通常會伴隨著放出大量沖擊能量，導致巷道閉合，嚴重損毀設備甚至引發人員傷亡。

3.2 沖擊地壓巷道支護對策

由于巷道高應力，嚴重沖擊載荷，巷道圍巖力學特性以及支護情況等因素，都會影響到巷道沖擊地壓的發生，因此，我們可從這四個方面著手來控制沖擊地壓巷道：①應避開高應力區來布設巷道；②選用合理的卸壓方法，來有效降低圍巖應力；③對圍巖改性，讓圍巖更完整，減弱圍巖沖擊傾向性；④科學選用巷道支護形式，合理布設巷道支護參數，以強化巷道支護。

在實際生產中，在支護沖擊地壓巷道時，我們應堅持高承載能力原則、柔性支護原則、穩定性原則、整體性原則來支護巷道。

4 結語

總之，巷道支護是煤礦開采中必不可少的一道工作程序，科學、合理的巷道支護，能有效提高巷道的穩定性，不僅能更好的保障安全生產，而且有助于提高巷道掘進效率，促進煤礦開采的高產、高效。而當前我國對難支護巷道的研究還不夠系統深入，要想充分支護好煤礦巷道，需在徹底弄清巷道變形機理的前提下，根據各礦井實際地質情況，因地制宜的布設巷道，并采用科學，合理支護方式進行支護，這樣才能做好巷道支護工作，才能更好地保障礦井安全生產。

參考文獻：

[1]康紅普.深部煤礦應力分布特征及巷道圍巖控制技術[J].煤炭科學技術，2013.41（09）：1217.

作者簡介：郝凱（1988），男，河南濟源人，工程師，在職工程碩士。