探討多次采動下圍巖破壞機理及支護技術

張衡瑜 張盼博

摘要：本文在筆者多年現場工作經驗下結合理論知識展開多次采動下圍巖破壞機理及支護分析，為同行提供參考性意見。

關鍵詞：多次采動;圍巖;破壞;支護

基于本質安全生產的全方位質量管控已經延伸至各行各業。而煤礦開采作為受限空間的井下隱秘工程作業安全風險高、質量管控難度大。特別是基于復雜地質構型的圍巖異常應力危害和井下作業掏空環節的支護失效。所以煤礦安全主要和圍巖應力及井下可燃氣體抽排息息相關。作為力學導向的煤礦綜采工作面頂板支護的設備手段和工藝類型上得到了全面發展，多重機械化的防護措施和嚴謹細致的操作規程雙重保護下給煤礦開采提供了更高的安全保障。基于此本文在筆者多年現場工作經驗下結合理論知識展開多次采動下圍巖破壞機理及支護分析，為同行提供參考性意見。

一、工程概況

煤層直接頂板為泥巖、砂質泥巖、煤線和13-2煤，厚0～13.1m，均厚4.6m。泥巖為灰色～深灰色，致密，性脆，含大量植物根化石，局部相變為粉砂巖;13-2煤以粉未狀為主，含較多塊狀，灰份含量高，屬半暗型煤，局部為炭質泥巖。砂質泥巖為深灰色，砂泥質結構，致密，性脆，含植物化石，底部灰黑色。煤線為灰黑色，黑褐色，塊狀，片狀，部分地段為炭質泥巖。老頂為細砂巖，厚0～7.8m，均厚1.75m，灰色，成分以長石為主，含石英，粉質結構，致密，脆硬，含植物化石。直接底為泥巖，厚0.5～3.8m，均厚2.2m，深灰色，泥質結構，致密，性脆，含植物化石，頂部見泥巖薄層。老底為砂質泥巖，厚0.7～5.8m，均厚2.0m，灰色，砂泥質膠結，致密，脆硬，含植物化石，砂質含量高。工作面13-1煤賦存穩定，煤層為黑色，粉末狀～塊狀，玻璃～油脂光澤，屬半亮型煤，煤層下部普遍發育一層夾矸，夾矸為泥巖或炭質泥巖，均厚0.6m，煤層總厚0.2～8.8m，均厚6.4m。煤層結構5.0（0.6）0.8，煤層產狀為： 185°～205°∠9°～16°。

2111（3）工作面為二水平東翼C13-1煤層采區首采面，原設計于2014年4月編制。由于工作面生產系統發生變更，現重新編制本設計。工作面范圍及鄰近開采情況：2111（3）為二水平東翼C13-1煤層采區首采面，工作面西起二水平東翼C組采區上山，東至Fs205斷層。北鄰1161（3）工作面下順槽，南至13-1煤層-780底板等高線。工作面上限標高-685.1m，下限標高-776.6m。上階段1161（3）工作面已回采。

二、多次采動下圍巖頂板管理

1.加強頂板巖性探測。需要根據地質情況進行50m間隔的頂板結構探測，異常應力和巖石破碎帶區域需要加密監測，且綜合探測深度需大于10m。相關數據應基于巖石力學所涉錨索孔觀察、收集迎頭頂板巖性施工所需的作業規范，而如若發現巖層不穩定或者巖性相變較大需要及時調整作業手段。必要時應當停止相關操作，確保隧道本質安全。

2.而針對復雜斷層破碎帶以及構造強烈區域，需要檢測地應力異常和圍巖是否松軟。確保圍巖支護條件滿足相應規程。并優選加密錨桿、全長錨固、錨索錨固、注漿及架棚等多維方式進行立體加固，全面確保特殊支護手段受用完善，支護延展正常。且全程應力受控。

3.進一步需要強調特殊施工現場的外界環境因素探討。避免淋水、地質構造變化或巷道圍巖應力擾動導致的巷道頂板異常。所以施工結束后應采取抽樣檢驗的方式進行施工區不同施工節點的勘察性回查，確保施工質量及支護安全。

4.施工過程中巷道斷面（寬度、高度）超過設計斷面300mm以上時，必須及時補打錨桿（索），并保證網（帶）緊貼頂、幫壁面。（集政【2011】244號）

5.錨網支護時頂部錨桿、錨索必須緊跟迎頭，嚴禁滯后。幫部錨桿滯后頂部不得大于2排。幫部煤巖松軟易片幫時，幫部錨桿緊跟迎頭。嚴禁使用支護錨桿、錨索、鋼帶、金屬網等起吊設備或懸掛重物。

三、多次采動下圍巖支護技術

隨著我國煤炭工業的快速發展，已慢慢進入深井建設時代。煤礦在開采過程中，由于地處較深，極易受到地質構造和地質條件的干擾，井下工作人員時刻面臨煤層塌陷的安全威脅。一旦煤層塌陷，深井工人的生命將受到嚴重威脅，也給煤礦企業造成非常嚴重的經濟損失。

復雜地質重力作用下頂板壓力平衡不穩定。不均勻分布的壓力將直接影響到巷道、周圍煤體和工作面。超過道路和頂板的承載能力會導致頂板下垂和支架回縮問題。嚴重時會發生頂板塌陷、頂板塌陷、道路塌陷。而基于多次采動下圍巖破壞機理前提下在成本最省原則框架下，可以首先選定錨桿支護和可縮性支架支護方式進行全方位預控，具體細則如下：

1.錨桿支護技術

錨桿支護是利用鋼筋的張力和剪力特征在預設一定深度的多維巖石應力補充改造方法，具體技術方案為核算圍巖巖性及上覆地層壓力，在一定形態（拱面）的受力分析下掏空一定容積的巖石需要的補償力支撐，而在一定外力支撐上，采用桿體、托板方案進行多角度抗剪、抗拉功能性實現，以確保上覆圍巖安全穩定。需要注意，運用托板可以配合一定深度的錨桿最大化補償巖體受力面，在點支撐受力均衡的前提下避免不穩定和圍巖節理裂隙的干擾，避免一系列不同程度的土塊和巖石下落，掏空層以及巖石滑脫傷害。

2.可縮性支架支護技術

支護作為地下道路的重要組成部分，可視為輔助工程，在此工程的協助下，提高了井下作業的安全性，保障了所有開采活動的順利進行。因此，在道路支護施工中，必須從安全、施工效率等多個角度對支護進行分析。只有這樣，建筑支撐才能在實踐中發揮最大的作用。一般來說，主動支撐的使用意味著高強度支撐技術的加強。當道路周圍的巖石地塊受到較大的應力，導致其變形時，在安裝伸縮支架時，施加其承載的應力，以加強對外部應力的抵抗力，防止道路出現病理問題，提高安全性。和道路安全。該技術的主要原則是：通過支護應力補償一定的垂向應力，保證垂向應力在巖體可接受的范圍內，為井下作業人員創造良好的工作環境。

四、結語

綜上所述，多維導向下的安全生產設計到“人、機、物、法、環”而運用安全管控的原理性和系統性能將頂板層面這種單一的危害模式進行分解，將技術類別的核算和工程類別的質量監控進行結合，在安全穩定的框架下執行內部監管。運用科學合理的定量見解將井下工人的安全性進行維護，全面而健康的保障多維導向下的煤礦本質安全。

參考文獻：

[1] 陳超， 姜勇， 苗洪海，等. 低滲透油田壓裂技術及發展趨勢探討[J]. 中國石油和化工標準與質量， 2019， 039（004）：247-248.