深部開采礦井巷道圍巖變形監測分析

王春森 楊勇

摘 要：我國深部煤炭儲量較為豐富，針對深部礦井巷道破壞類型，文中首先對深部礦井巷道破壞類型進行了分析，進而以山東某礦的巷道支護特點及圍巖特性為例，對深部礦井的巷道表面及深部變形監測數據進行了分析，并提出了加強支護的建議。

關鍵詞：深部礦井；巷道；變形破壞

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.076

我國煤炭儲量的35%埋深超過1000m，開采難度大，地質災害復雜，在淺部礦井中出現的各種問題，在深部礦井中表現得更為明顯，監測及控制難度更為困難，雖然近些年來國內外眾多學者對深部礦井的巷道的變現理論、支護手段、監測等方面進行了研究，但深部礦井巷道的支護與監測仍是較為薄弱的環節[1]，現場實測數據是判別巷道是否穩定、支護方式是否合理的重要依據，因此，對巷道圍巖變形監測的研究顯得十分有必要。

1 深部礦井巷道破壞機理

深部礦井巷道圍巖破壞形式主要分為頂板下沉、兩幫收斂、低鼓等形式。

（1）頂板下沉。在巷道掘進過程中，巷道頂板巖層由于掘進的影響，首先發生彈性變形，開挖后由彈性變形向塑性變形發展，此過程中巷道頂板發生較小變形，整體保持穩定；開挖結束后，巷道頂板巖層受到應力及其他因素的影響，頂板巖層出現流變性變形[3]。若此階段巷道支護強度能抵抗住巷道頂板變形，則巷道處于工程安全范圍內，若不能滿足要求，則巷道頂板整體或者局部由于受到拉壓破壞，出現水平或垂直裂縫，這些裂縫在地應力作用下繼續發育，嚴重時發生冒頂施事故。

（2）兩幫收斂。巷道開挖后，巷道內側若未有足夠的支護強度滿足地應力作用，則巷道兩幫會發生塑性的剪切破壞，兩幫圍巖向內膨脹收斂，巷道對斷面縮小，嚴重時導致巷道支護失穩[4]。

（3）低鼓。當巷道底板巖層軟弱、單軸抗壓強度較低或巖性為泥巖等遇水膨脹的巖層時都會發生不同程度的低鼓。深部礦井巷道受到的地應力較大[5]，巷道底板在由于受到巷道兩幫的水平應力作用，當壁板巖層的抗壓強度不能地礦來至于兩幫的應力時，巷道底板就會出現較大的變形破壞。

2 深部礦井巷道變形監測

（1）巷道圍巖及支護。山東某礦1201回風巷圍巖泥質砂巖，采用錨桿+錨索+金屬網的聯合支護方式，錨桿直徑為22mm，長度為2.8m，施加的預緊力為500KN，間距為0.9m*1m；錨索直徑為22mm，長度為6.8m，間距為2m*2m；金屬網的開孔尺寸為100mm*100mm。

（2）監測方案。巷道的主要監量測內容為巷道頂板及兩幫的表面收斂及巷道周邊圍巖不同深度的變形。表面收斂用收斂計監測，深部位移用多點位移計。收斂計及多點位移計的安設如下圖1～2所示。

（3）監測結果。經過一段時間的監測，取得了巷道表面及深部圍巖的變形數據值，具體分析如下：

1）表面位移監測數據分析。在對巷道進行初期前，巷道周邊巖層各截面的變形收斂數據均較大，增加速度較快，平均變形量達到了6mm/d，巷道表面發生明顯的位移，部分金屬網變形嚴重。主要是由于該區域內受到的地應力影響較大，且本身此段區域圍巖裂隙較為發育，受到巷道開挖的影響，巷道周邊應力從新分布，因此導致巷道變形量較大且產生新的裂隙。從數據可以看出，巷道掘進35d后，收斂的速度明顯降低，并最終趨于穩定。表明開挖后，巷道的支護方式對保持巷道的穩定起了重要作用，同時也說明巷道周邊巖層仍然是流變狀態，需要進行持續的跟蹤監測。監測數據如圖3所示。

2）巷道圍巖巖層移動監測數據。從監測數據可以，巷道頂板1～2.5m與2～4m之間的巖層之間的均值差了有將近13mm，說明巷道的開挖掘進使得周邊巖層發生持續性的破壞，造成兩個區域之間形成了較大的縫隙。4～6m之間的巖層監測數據表明，該區域范圍內的巖層處于整體狀態，未遭受塑性變形，處于彈性變形區域，監測數據如圖4所示。

3 總結

深部礦井巷道由于受多重因素的綜合影響，巷道周邊收斂變形數據值較大，由于受到開挖的影響，巷道支護前期變形速度較大，且導致巷道周邊深部巖層在一定范圍內形成裂隙較為發育的破裂巖層。針對巷道開挖后圍巖初期變形的特點，應綜合考慮多種支護方式，發揮各種支護方式的作用，同時開挖后應立即進行支護，施加預應力，減少頂板離層及兩幫變形。

參考文獻：

[1]陳建宏，鄭海力，劉振肖，楊瑞波.基于優勢關系的粗糙集的巷道支護方案評價體系[J].中南大學學報（自然科學版），2011，42（06）：1698-1703.

[2]蘇俊彥，李光榮，李明，唐強，蘭川.極薄煤層綜采技術的研究與應用[J].工礦自動化，2011，37（09）：89-92.

[3]康紅普，王金華，林健.煤礦巷道支護技術的研究與應用[J].煤炭學報，2010，35（11）：1809-1814.

作者簡介：王春森（1988-），男，本科，助理工程師，從事智能化綜采技術研究。