我國煤礦巷道支護的難題與對策

王緒昇

摘 要：隨著我國煤礦開采進入深部開采時代，巷道支護已經成為不可避免的挑戰。針對煤礦開采過程中存在的問題，主要分析了高應力巷道、軟巖巷道以及沖擊地壓巷道的支護策略。可以為有關技術人員提供參考和指導。

關鍵詞：巷道支護;深部開采;難題;對策

1 引言

在煤礦由淺部向深部開采的過程中，地應力和巖層的巖性已經發生了變化。原有的正常礦井發生沖擊礦壓和煤與瓦斯突出的可能性增加。最大的問題就是高地應力引起的巷道的大變形，巷道的支護變得日益困難。此外，煤炭開采的強度也達到空前的高水平，導致在開采過程中采動大幅度增加，巷道的支護難度增加，這種情況在斷面巷道條件下更為突出。總的來說，所要解決的支護難題有高應力巷道、軟巖大變形巷道、沖擊地壓巷道、破損修復巷道等幾類。本文對這幾個類型的巷道進行分析，探討了合適的支護策略。

2 高應力巷道支護分析

總的來說，巷道的破壞與圍巖強度和地應力有關。當圍巖應力達到或超過圍巖強度時，巷道就會失穩破壞。理論分析表明高應力是巷道破壞的重要因素之一。經過統計，造成巷道周圍應力的幾種因素分別為深埋高應力、地質構造高應力和采動應力。

由于在高地應力作用下，巖體的特性發生了根本性變化。主要體現在以下幾個方面：在高地應力作用下圍巖的塑性增強，使得堅硬的巖石在破壞時表現出軟巖的破壞特征;巷道圍巖變形具有很強的流變特性，變形量大給支護帶來巨大的難題;對于某些高強度脆性巖石，發生沖擊的可能性增加，巷道破壞突然， 伴有巨大聲響和震動， 圍巖及支護被瞬間摧毀。目前，對高應力巷道的支護主要有三種方法：可以通過合理的布置巷道的位置，然后人工卸壓，使巷道周圍處于低應力狀態，降低巷道變形量維持巷道穩定;采用U型鋼等高強度材料對巷道進行加固，抵抗巷道圍巖的變形;此外，采用錨桿錨索對巷道圍巖進行加固，提高圍巖的承載能力，有效控制圍巖的變形破壞。圖1為常見的高地應力巷道支護形式。

3 軟巖巷道支護分析

軟巖巷道最大的特點是變形速度快變形量大、持續時間長，巷道的支護極其困難。一般說來， 軟巖具有軟弱性、可塑性、膨脹性、崩解性、流變性以及工程擾動性等工程特性。軟巖巷道大體上可分為4大類：低強度軟巖、膨脹性軟巖、破碎軟巖、高應力軟巖。軟巖巷道的變形主要可以表現為以下幾個方面：變形速度快，從巷道的開挖完成后還未來得及支護巷道斷面已經出現了顯著的減小;巷道圍巖松動圈的范圍較大，傳統的支護方式失效;對外界條件反應比較敏感，例如遇水化泥、遇風化砂等情況。

因此，在布置軟巖巷道時，盡可能選擇較好的地質條件區域，最大限度的避開高應力區域，在開挖巷道時盡量選擇較大的斷面，例如拱形、馬蹄形、圓形、橢圓形斷面，預留一定的緩沖空間。在巷道開挖形成后，采用錨桿支護和注漿的方式對巷道周圍圍巖進行加固，主要是因為軟巖難支護的根本原因是圍巖的強度較低。錨桿可以提高圍巖的局部強度，而注漿可以改變軟巖的工程特性。最后，采取有效的措施及時解決巷道周圍的干擾因素，如及早切斷水源、及時排水、噴漿封閉頂幫、水泥硬化底板等，以隔絕水、風等對圍巖的軟化作用。尤其對于含有黏土類礦物的膨脹型軟巖來說，隔水最為重要。同時要及時支護圍巖，第一時間將控制圍巖變形的手段用上去。

軟巖巷道的支護結構應該能與其大變形和流變的特性相協調。軟巖巷道在支護時主要采取加固的形式支護，在適當的條件下應該進行讓壓支護。如此這樣，支護既具有一定的支護強度和剛度，而且還能滿足軟巖變形的特性。巷道的支護應該有合適的時機，按照康紅普院士提出的困難巷道一次支護理論。所以針對軟巖巷道支護情況，可以采用高強高剛度支護形式，一次支護就能有效控制圍巖變形與破壞，避免巷道破壞后再行維修。常見的軟巖支護如圖2所示，其中1-樹脂錨桿，2-注漿錨桿，3-混凝土砌碹，4-注漿擴散范圍;5-錨桿作用形成的拱，6-碹體作用形成的組合拱。

3.1 沖擊地壓巷道分析

沖擊礦壓在我國煤礦開采中已經成為一種巨大的災害。由于其發生的機理比較復雜，預測和防治其發生存在巨大的困難。隨著礦井開采深度的增加，沖擊礦壓發生的概率有增加的趨勢。巷道沖擊礦壓是一種極其復雜的礦山動力災害現象，其發生時有如下特征：發生沖擊礦壓時，動力現象特別明顯，表現為巷道斷面瞬間被壓縮，有大量的煤巖彈射到巷道中，巷道發生堵塞; 發生時沒有明顯的征兆，而且作用的時間極短，只有短短的幾秒鐘到幾十秒鐘，反應特別劇烈，有大量的能量釋放，造成設備損毀和人員傷亡;巷道的破壞沒有一定的規律，頂、底、兩幫都可能會產生破壞，巷道的破壞形式存在多樣性，往往發生在巷道的薄弱環節，比如在底板巖層強度低又沒有支護的情況下，容易發生激烈的底鼓，進而引發全斷面失穩。

3.2 沖擊地壓巷道支護對策

根據相關理論研究可知，巷道沖擊地壓的發生主要與高應力、沖擊載荷、圍巖力學性質及支護不合理等因素有關。所以，可以從這幾個方面對沖擊礦壓巷道進行控制，巷道布置在原巖應力正常的區域，針對巷道周圍圍巖壓力過大時，應采取有效的方法進行卸壓，以此來降低沖擊地壓發生的可能性，加強支護，采用合理的巷道支護形式與參數。

沖擊地壓巷道支護應遵循“高強度、強讓壓、整體性”的理念進行設計。在進行設計時應該堅持以下幾條原則：由于沖擊礦壓發生時比較劇烈，在支護時應該具有較高的支護強度和剛度;在沖擊礦壓發生后巷道發生的變形較大，為此可以采用柔性支護，柔性支護必須具備足夠的可縮量，以增強其吸收沖擊能的能力，并與圍巖的大變形相匹配;由于沖擊礦壓發生時具有強烈的沖擊力，巖體在沖擊力作用下會崩出，所以支護結構能具有很好的穩定性，在巷道劇烈變化時不會發生失穩的情況;沖擊礦壓發生在巷道的薄弱環節上，因此沖擊地壓巷道支護必須采用全斷面等強支護，支護構件之間、支護體之間、支護體與圍巖之間要相互耦合，形成一個統一的支護整體。

4 小結

由于我國復雜的地質條件，特別是進入深部開采時代以后，巷道的支護難度增加。如何對高應力巷道、軟巖巷道、沖擊地壓巷道進行支護，一直是國內外學者研究的熱點和難點。隨著錨桿技術發展的日益成熟，以及大量新型支護材料被研發出來。錨桿支護應該是困難巷道支護的主體，高強度、高剛度、大延伸率、耐沖擊是其基本發展方向。我國現階段對難支護巷道的研究還不夠系統深入，需要在搞清機理的前提下，針對不同類型的難支護巷道研發適合的系列支護材料，并配以適當的施工工藝和裝備， 逐步形成系統的成套技術。

參考文獻：

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