淺析深井高應力巷道圍巖變形特征及控制

朱勝利

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展，我國對煤炭資源的需求也越來越大，目前許多大型煤礦經過幾十年的開采，淺部煤層已經接近枯竭，因此煤礦紛紛開始向深部挖掘。煤礦向深部開采意味著煤礦的開采工作將在高應力環境中工作。本文中，我們對深井高應力巷道圍巖的變形特征進行分析，提出了控制圍巖變形的一些具體措施。

關鍵詞：深井高應力；圍巖變形特征；控制措施

因為煤礦逐漸向深部挖掘，所以在開采過程中經常出現巷道嚴重破壞的情況，并且開采工作面的圍巖穩定性也極差。為做好深井巷道的支護工作，保證開采作業的安全進行，我們有必要分析高應力下巷道圍巖的變形特征，并且要針對變形特征采取合適的控制措施，以保證煤礦的正常工作和安全生產。

1 深井高應力巷道圍巖的變形特征

以十三礦為例對深井巷道的圍巖形變進行分析。該礦井地質屬于二疊紀，并且該礦井所在礦區已經有了幾十年的開采歷史，目前其開采主要是深井開采，因此該礦井符合深井巷道圍巖變形特征的研究要求。

1.1 該礦井巷道的現狀

經過幾十年的開采，該礦井巷道以及圍巖出現了許多的問題，主要表現在以下幾方面。

第一，巷道內的地壓明顯增高。在礦井進入深部開采后由于礦井深度以及巷道圍巖復雜應力結構的影響，巷道圍巖所受壓力明顯提高，圍巖變形比較明顯，因此開采過程中經常出現支護失效等問題，這給開采作業帶來了嚴重的安全隱患，影響了開采的持續進行。

第二，深井巷道圍巖強度低，巷道地形復雜。由于深度的增加，巷道圍巖的主要構成成分也發生了明顯的變化，深井圍巖的成分主要是膨脹性較高的礦物質以及粘土含量高的礦物質，這種圍巖在高應力的作用下變形十分明顯，因此巷道呈現出軟巖巷道的特征。

第三，深井巷道底板膨脹以及頂板下沉現象比較嚴重。由于深度的增加，巷道頂板所受的壓力也在不斷增加，再加上巷道圍巖多為軟巖，因此巷道內頂板沉降現象比較嚴重。并且，深井巷道內的水平應力也在增加，以至于底板膨脹的現象頻繁發生。

第四，深井巷道對受力十分敏感，經常出現突然失穩的狀況。由于巷道內軟巖增多，巷道地壓力增高，因此巷道的受力敏感性不斷增大，稍微一點受力的變化就會使巷道失穩，從而出現冒頂、突水等狀況。

1.2 深井巷道的變形特征分析

為做好深井巷道的支護工作，必須掌握深井巷道圍巖的變形規律，因此我們有必要對巷道圍巖進行一系列的檢測研究以發現深井巷道圍巖的變形規律。本文中，針對該礦井的特點，采用了多基點位移監測的方法。具體的操作如下：首先，我們按照地形特點將深井巷道分成不同的6段；其次，在不同分段內我們都設置了監測站；最后，每一組監測站中，我們都在巷道的頂部和兩側安裝了監測儀，以實時記錄巷道圍巖的變形情況。

第一，深井巷道在高應力的作用下會發生很大的變化，其中巷道頂板的形變速度與形變量都遠大于巷道兩側的形變量與形變速度。

第二，深井巷道圍巖的形變在不同的時期有不同的特征。在開采初期深井巷道圍巖的形變速度逐漸加快，圍巖形變量最大；在開采中期圍巖的形變速度逐漸的變緩，形變量也逐漸變小；在開采的后期，圍巖的形變趨于穩定，而且形變速度逐漸平穩，圍巖形變位移最小。

2 高應力巷道圍巖形變的控制措施

2.1 圍巖支護工作中的原則

為防止圍巖形變所造成的安全事故的發生，需要采取必要的支護措施以控制圍巖的形變，并且在支護工作中我們要遵照一定的支護原則。

第一，支護目的是對圍巖形變提供一定的阻力，從而限制圍巖的向縱深形變。按照這一原則，在支護時我們尤其要注意增強支護的強度，避免出現危巖以及形成較大的破碎區，從而增強圍巖的約束力。

第二，支護注漿操作要以改善圍巖的性質為主要目標，并且注漿要能夠有效的提高錨固地基的穩定性。按照這一原則，在注漿支護中要注重提高圍巖的自身承重能力以及圍巖的整體性，并且要使錨桿得到有效固定，從而有效的控制圍巖形變。

第三，在支護工作中要進行二次支護。在第二次支護作業中，要重點關注支護的強度以及高度，并且要結合實際的圍巖形變情況重新加固圍巖，從而有效的控制圍巖形變。

2.2 控制圍巖形變的具體措施

該圍巖工程通過一次支護和二次支護來控制圍巖的形變，接下來便分別展開研究。

2.2.1 一次支護措施

經過大量的分析研究，我們發現如果在巷道的第一次支護中采用剛性支護，此時支護不利于圍巖形變壓力的釋放，從而會造成更嚴重的圍巖形變，因此在一次支護中我們一般都采用柔性支護，以減少圍巖對支護結構的壓力。接下來我們以錨網索噴方式為例，對一次支護進行介紹。

采用錨網索噴支護時，要考慮到材料的選擇，首先，選用冷拔鋼筋組成的金屬網，同時金屬網格的寬度以及長度都要符合實際的工作要求；其次，我們還要選擇合適規格的錨索；最后，要合理的規劃錨索的間距以及錨桿之間的間距，并且要嚴格的按照施工要求，安裝錨桿以及金屬網。

2.2.2 二次支護措施

由于圍巖應力的作用，一次支護在使用時會逐漸的失效，從而造成圍巖形變控制的失效，因此我們要在一次支護完全失效前及時的進行二次支護，以控制圍巖的形變。二次支護我們一般采用強支，這樣可以避免圍巖形變進一步加劇，這是因為二次支護主要目的是補償圍巖因形變而降低的切向應力。

實踐中主要采用錨桿、注漿錨索和鋼筋梯結合的方式進行支護。首先，錨桿的規格要與一次支護中的錨桿規格一樣，二次支護的錨桿主要設置在一次支護中兩排錨桿的中間；其次，注漿錨索也要設置在原來支護中的兩排錨索之間，同時要注意錨索型號的選擇；最后，選擇合適規格的鋼筋梯并按照施工要求進行鋼筋梯的安置，從而確保圍巖的穩定。

3 結語

深井高應力巷道的圍巖形變控制是深井巷道支護的重要課題，它直接關系到深部礦井日常生產的效率與安全，因此研究深井高應力巷道圍巖的變形特征具有十分重要的實踐意義。

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