民营科技２０１４年第３期 科技论坛 深井巷道围岩控制及支护研究 郭志强 摘（鸡西矿业（集团）有限责任公司双河煤矿，黑龙江鸡西１５８１４７） 要：煤矿深部巷道围岩压力大，超过其围岩的抗压强度，现通过对深部巷道矿压特点、巷道破坏机理及支护技术进行研究，提 出了深井巷道矿压的控制应该着重考虑巷道的优化布置和改善巷道的支护形式，充分发挥以锚杆为主体的新型支护以及锚喷、锚索、 锚网等联合支护形式。 关键词：变形；深井；支护 矿井开采正经历着一个由浅到深、由简单到复杂的过程，深部矿 井逐渐增多，在分析深部高地应力巷道围岩变形与破坏特征，开采深 度的增加，使冲击矿压、瓦斯及高地温等灾害日益严重，同时，随着矿 井开采逐渐向深部发展，巷道断面逐渐增大，原岩应力与构造应力不 岩整体收缩变形，防止巷道因局部变形量大而破坏。初选设计巷道断 面形状为半圆拱形，巷道宽度４．０ｍ，高度３．９ｍ，其中，壁高１．９ｍ，拱高 ２－０ｍ。巷道断面与锚杆锚索支护参数如图所示。采用直径２２ｍｍ、长 ２．２ｍ的左旋螺纹钢锚杆，间排距０．８ｍｘ０．９ｍ。锚索长度７．０ｍ，间排距 ２Ａｍｘ１．２ｍ。 断升高，在浅部呈现中硬岩变形破坏特征的工程岩体，进人深部后转 化为高应力软岩，深部巷道高地压现象极为突出。矿井深部巷道地质 条件复杂，围岩应力分布和矿压显现异常，致使巷道不仅在掘进期间 围岩急剧变形，而且在应力分布趋向稳定后仍保持流变，两帮移近和 底鼓明显，巷道维护十分困难，维护费用增高，出现前掘后修、重复返 修的现象。 １深井巷道变形特点 深井巷道矿压显现的显著特点之一是巷道开挖就产生大的收敛 变形量。这一特点是由深井巷道围岩处于破裂状态和深井巷道围岩有 较大的破裂范围决定的。深井巷道矿压显现的另—个显著特点是，巷 图１巷道断面和锚索支护图 道刚掘出时的变形速度很大。根据现场观测表明，深井巷道刚开挖时 ４支护材料选择 的变形速度可达５０ｍｍ／ｄ以上。因此，深井巷道变形速度的上述规律 ｕ型钢拱形可缩性支架。拱形Ｕ型钢可缩『生支架的优点是：１）支 特别是对非均匀载荷，不稳定围岩和动压巷道有良好的 表明：１）巷道围岩破裂区的形成经历了一个时间过程（此时间过程的 架受力均匀，长短与围岩破裂范围即破裂区厚度有关）；２）深井巷道围岩破裂的发 适应陛。２）由于支架铰接处弯矩较小，从而使支架承载能力提高了２— 展速度在巷道刚开掘时较陕，以后逐渐衰减，直至破裂区完全形成；３） ３倍。３）支架的可缩『生较好，支护效果好。拱形Ｕ型钢可缩『生支架的缺 变形趋于稳定的时间长和长期蠕变；４）巷道底臌量大。围岩破裂将使 点是：１）在煤层开采厚度较小的情况下掘进巷道时，不利于保持巷道 巷道围岩稳定性降低；破裂范围越大，巷道围岩稳定ｌ生越差，但破裂并 顶板的完整『生和稳定性，在工作面与巷道连接处比较难以安装；２）在 不意味着围岩失稳。围岩破裂意味着围ｇ－ｇｋ于残余强度状态，但仍然 非机械化掘进的条件下，拱形巷道断面施Ｔ也比较困难。 具有一定承载能力。例压力越大，残余强度越大，破裂围岩的承载能力 也越大。因此，远离巷道周边，在破裂区与塑『生区交界处，破裂围岩可 以达到很高的承载能力。而围岩失稳（如冒顶）属于力的平衡问题．它 取决于岩层重力与周围岩体的摩檫力和支架阻力等是否处于平衡状 态。综上所述，应允许深井巷退围岩破裂，但必须将破裂控制在一定范 围内。允许围岩破裂有利于充分利用围岩的自承能力，减小支架载荷。 ２深井巷道围岩控制原理 ２．１优化巷道布置，减小巷道围岩应力。合理布置采准巷道，从时间、 空间上减少采动支承压力对巷道作用的强度和次数，减小围岩应力， 合理设计煤柱尺寸，既要保持煤柱稳定，又要使巷道受到的集中应力 尽可能小，尽量将巷道布置在应力降低区。对于深部巷道来说，采取应 力转移、减小浅部围岩应力有利于减小巷道围岩变形量，保持巷道良 好维护状态。 ２．２实施正确的巷道支护形式。相关研究表明，将巷道布置在中硬以 下岩层中的巷道变形破坏严重，这种严重『生尤其表现在采动影响后， ５关键部位加固支护 目前，我国巷道支护重视顶板、忽视两帮和底板，顶板锚杆支护 强度较大、两帮支护强度较小、底板一般不支护，造成深部巷道两帮及 底角破碎区、塑性区很大，大范围的破碎区围岩发生碎涨变形，两帮变 形和底鼓十分严重。通过对两帮及底角加强支护、注浆加固，提高两帮 可有效阻止破碎区围岩 当采深在８００．－－１０００ｍ以下时，在中硬及中硬以上岩层内布置的巷道， 及底角破碎区围岩的残余强度和锚杆锚固力，若采用传统的支护方式，巷道维护困难，因此，应积极采取新型支护和 的碎涨变形，对深部围岩起到支护作用，而且两帮有效支撑顶板，阻止 联合支护。 顶板下沉，保持围岩稳定，因此，控制两帮下沉和底角破坏是深部巷道 ２．３提高围岩强度。采用锚杆支护提高破坏区围岩强度，随着支护强 支护的关键。锚杆支护是一种隐蔽Ｉ生很强的工程，只有完善锚杆支护 度增大，锚固体极限 蔓、残余强度增大。加强巷道两帮及底板控制， 监测系统才能确保锚杆支护巷道的安全可靠性。有必要在深部巷道应 通过对两帮及底板加强支护、注浆加固，可以提高两帮及底角破碎区 用非接触、无损质量的检测仪器，仪器要具有快速、准确、大面积测量 围岩的残余强度和锚固力，有效阻止破碎区围岩的碎胀变形。 的性能，以保证深部巷道的支护效果。 ３深部巷道支护技术研究 深部巷道围岩变形破坏的主要方式为：围岩压力大，使围岩表面 巷道支护设计主要原则是：１）以护为原则，防止围岩破碎脱落引 逐步破碎，局部锚杆和锚索托盘失效。由此，支护设计原则首选以护顶 起锚杆锚索的托盘失效破坏；２）采用高强度锚杆锚索及金属网组合支 护帮为主，采用高强度锚杆锚索及金属网组合支护，且锚索滞后锚杆 护，控制围岩的变形量；３）采用带压、让压支护，锚索支护滞后锚杆支 支护，围岩压力有一定的释放时间。同时，加大巷道关键部位的支护， 护１５ｍ以上，允许围岩有一定压力释放；４）重点部位加强支护，使围 可有效控制巷道围岩破裂程度。