深井巷道掘進對相鄰巷道擾動規律的分析

蔣孝海

（廣東宏大爆破股份有限公司， 廣東 廣州 510000）

近年來，我國采礦業從分散型逐漸向集約型轉變，煤礦開拓設計觀念也在轉變，致使大量煤礦出現多類多條巷道集中布置，呈現出巷道群的布局。該類礦井初期多采用立井單水平多翼開采，開拓巷道撥門后直接進入煤層布置采煤工作面，在工作面回采后期，致使多條大巷及其硐室群受到采動影響，隨著開采深度的增加，巷道圍巖力學性質惡化，巷道變形越來越劇烈［1－3］。

1 工程概況

朱集東礦井井田面積大，煤層埋藏深，表土層厚，瓦斯大、地溫高、地壓大，根據井田特點，采用立井、多水平、分組集中大巷、分區通風、集中出煤的開拓方式。

全井田劃分為兩個生產水平，其中一水平設于－906m，開采13－1煤層，在－985m設一輔助水平，開采11－2煤層；二水平標高暫定－1070m，開采B組煤。沿井田走向劃分為4個塊段，即東一、東二塊段，西一、西二塊段，將東一塊段劃分為南北盤區，礦井投產移交東一（11－2）北盤區。

向東的各條巷從北向南分別是：北巖石回風大巷、東翼膠帶機大巷、南巖石回風大巷、北軌道大巷、南軌道大巷。北回風巷與東機巷的平面位置相距65～45m，大部分與－891m同一標高；東機巷與南回風巷的平面位置間距是60m，垂直高差是15m；南回風巷與北軌巷平面位置間距為25m，大部分在－906m標高水平；南、北軌巷間距為47m。如圖1所示。

圖1 巷道布置

2 巷道群相互擾動影響規律分析

2.1 施工時間安排及掘進工藝和支護形式

－885m軌道大巷從2009年7月份開始施工，到2009年11月底結束，前期采用架29U型棚施工，棚距700mm；后期采用架36U型棚施工，棚距700mm；東翼南巖石回風大巷過－906～－885m軌道斜巷后，與－885m軌道大巷平行施工，從2009年9月到2009年12月施工到首采面軌道順槽下方，該巷道采用綜掘，支護形式采用架29U棚，棚距700mm，滯后每3棚補打1根頂部和2根肩部錨索。

東翼膠帶機大巷在－906～－885m軌道斜巷的東翼，施工時間從2009年9月到2009年11月底，使用炮掘施工，其后面向東施工采用綜掘，支護形式都采用架29U棚，棚距700mm，滯后每3棚補打3根頂部和肩部錨索。

2.2 巷道圍巖變形規律

從東翼幾條巷道的現場實地觀察看，巷道的壓力顯現主要表現為：頂板下沉、底板鼓起，側向壓力顯現不明顯。一般在迎頭向后50～100m礦壓顯現就十分強烈。架U型棚巷道直接表現為頂梁壓平；錨網支護巷道表現為拱頂下沉變平。頂板下沉量一般在0.1～0.3m，局部達0.5m。底板鼓起一般在0.3～0.5m，局部達0.7m。

－885m軌道大巷巖性主要為花斑泥巖，巖性較差，埋深大，地應力高，受相鄰巷道（東翼膠帶機巷和東翼南巖石回風大巷 ）開挖擾動影響，處于應力集中區，巷道變形明顯加劇。東翼南巖石回風大巷施工，因滯后－885m軌道大巷1～2月掘進。使－885m軌道大巷開挖后形成的一次平衡應力再次被破壞。后期改架36U型棚施工，錨索及時跟進后，基本滿足巷道施工要求。

東翼膠帶機大巷滯后－885m軌道大巷2個月進行炮掘作業，施工了3個月后改為綜掘。炮掘進度慢，炮掘開挖對－885m軌道大巷的擾動影響非常劇烈，綜掘擾動影響相對較小。－885m軌道大巷在自身圍巖還沒有穩定，南側的東翼南巖石回風大巷的開挖，而后的北側東翼膠帶機的開挖使其圍巖處于南北兩條巷道的應力的疊加區。來壓明顯，變形極其嚴重。礦壓顯現為29U型棚拱頂部分多處被壓成麻花狀大變形。軌道發生傾斜，巷道拱頂下沉，部分29U型棚歪斜，部分拱頂處笆片破壞，巷道底鼓嚴重，底板處出現裂縫，頂板下沉一般達100～300mm，最大下沉量500mm，底鼓一般達300～500mm，最大值達800mm，兩幫收斂一般在80～200mm。左右補打了頂部和肩部的錨索后，巷道的變形量和變形速度明顯變小，這說明采用錨索補強后比單獨使用29U型棚支護更能限制巷道變形。

2.3 巷道圍巖受力破壞分析

隨著相鄰巖石回風（南）巷和東翼膠帶機巷的掘進，因受開挖擾動的影響，監測斷面的日變形量、變形速度顯著增加，后掘巷道的跟進使先掘巷道圍巖中形成了一定程度的剪切應力集中，從而使巷道在剪切應力作用下，其圍巖發生剪切應力破壞，當圍巖達到強度極限后，巷道表面就會產生變形破壞。在先掘巷道兩側均開挖巷道后，先掘巷道巷道圍巖應力的集中系數有所升高，且應力集中范圍也相應的有所擴大，這主要是兩側巷道先后開挖后，采動引起的底板應力集中疊加作用的結果。在相鄰巷道掘過測站一周時間內，巷道的變形有增大的趨勢，同時兩側同時掘進巷道垂直應力對先掘巷道影響都較大，是引起巷道圍巖變形的重要因素，先掘巷道受剪切應力的影響也較大；不管是垂直應力變化還是剪切應力變化，都對先掘巷道的圍巖變形起到了促進作用［4－7］。另外，測站處的錨索測力計顯示巷道肩部的錨索拉力均增大。這也說明巖石回風巷（南）東翼膠帶機巷的掘進對巷道產生了很大的擾動影響。

根據安裝的錨索測力計監測結果，擾動影響劇烈期間，巷道圍巖剪切應力分布不平衡，從而會導致巷道發生剪切破壞變形，頂部錨索受力最大，兩肩部錨索受力較小。這說明巷道頂部承受較大的壓力。錨索受力最大，頂部達228.13kN（約3.8t）。巷道掘出后，圍巖應力集中，應力升高超過巷道圍巖的強度極限時，巷道便產生變形破壞，巷道圍巖處于破裂松動狀態（殘余強度狀態）時，由于這部分圍巖已失去自承能力，圍巖穩定性差，巷道變形量大，導致支護變得困難。隨著時間的推移，變形速度逐漸減小下來，而趨于穩定，應力調整期一般為3個月左右。底臌量占巷道變形量的比例較大。

3 結論和建議

（1）設計規范對深部巷道群各大巷的間距、垂距，應根據垂深（大于800m）作必要的調整。

（2）深部巷道支護采用單一的架U型棚已不能滿足現場的支護要求，必須采用復合支護的形式，即架U型棚＋錨索＋噴注漿或外錨網（索）內U型棚，且錨索支護滯后迎頭不得大于50m。

（3）根據礦壓顯現和擾動影響的規律，對于巷道群相鄰巷道施工時間滯后或超前4個月以上，巷道兩側避免同時掘巷。

（4）為了控制底臌量，除了應將底板積水及時排出外，還應增加防治底鼓的技術措施，如在兩幫墻角底板上0.2～0.3m處施工幫腳錨桿（俯角30°～45°），以便防止底鼓和兩幫的擠出。

［1］ 郭洪文.深部巷道大松動圍巖位移分析及運用［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2001.

［2］ 謝和平，彭蘇萍，何滿潮.深部開采基礎理論與工程實踐［M］.北京：科學出版社，2006.

［3］ 蘇雪貴.懸移支架工作面采動對巷道支護影響規律研究［J］.太原理工大學學報，2011（1）.

［4］ 楊永康.大厚度泥巖頂板煤巷破壞機制及控制對策研究［J］.巖石力學與工程學報，2011（1）.

［5］ 康天合.薄層狀破碎頂板綜采切眼錨固參數與錨固效果［J］.巖石力學與工程學報，2004（S4）.

［6］ 郝進海.巨厚薄層狀頂板回采巷道圍巖裂隙演化規律的相似模擬試驗研究［J］.巖石力學與工程學報，2004（19）.

［7］ 張克春，李 剛.軟巖巷道變形規律的數值模擬研究［J］.礦業研究與開發，2009，29（3）：15－16，23.