動壓巷道圍巖控制研究進展及發展重點

賈瀚文

摘 要：隨著我國GDP的快速增長，煤炭的需求量不斷增加。目前我國大部分礦井巷道為動壓軟巖巷道。文章分析了動壓巷道圍巖的顯現特征并對目前動壓巷道圍巖控制研究進展進行探討，對今后動壓軟巖巷道圍巖控制研究重點及其發展方向提出了見解。

關鍵詞：動壓巷道 巷道圍巖控制 支護技術

中圖分類號：TD353.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0096-01

1 動壓巷道礦壓顯現特征

動壓巷道是指受采動影響的巷道。由于礦井煤層的大面積開采，在采空區周圍產生應力集中；開采后殘留煤柱的上下方也有應力集中現象，應力集中系數約為原巖應力的3～6倍，因此，動壓巷道是受采動集中應力作用下的巷道。動壓、軟巖巷道圍巖變形量一般可達數百毫米，嚴重時在1000 mm以上，因此，它們是大變形巷道，不穩定巷道。

2 動壓巷道圍巖控制研究進展

2.1 巷道礦壓新理論

侯朝炯、馬念杰等提出采準巷道礦壓理論，具體包括以下三個方面：

（1）圍巖塑性區不均勻的分布。

由于巷道圍巖分層性質顯著，強度、厚度差別大，采動后支承壓力分布不均勻，護巷方式不同等原因，圍巖塑性區分布是不均勻的。通過計算分析，提出了層狀巖體巷道圍巖塑性區的“*型”、“半*型”、“缺上（或缺下）的半*型”分布狀態。

（2）圍巖不均勻的整體下沉和局部上升。

由于層狀礦體大面積開采，在不同護巷方式、不同采動支承壓力的影響，形成圍巖不均勻的整體下沉和局部上升。

（3）加固巷道幫角控制底鼓，同時控制兩幫變形和頂板離層。

巷道底角應力集中，因此，首先從角部開始變形、破壞；兩幫下沉引起底鼓在水平應力擠壓下底板鼓起。

2.2 ZKD高水速凝礦用新材料應用

（1）性能簡介。

這種新型注漿材料的優點是高水灰比，速凝早強且可調，固結體強度高，峰后強度高，塑性好，具有微膨脹，破裂后可再膠結，流動滲透性好，能適應圍巖較大的變形，漿液成本較低。

（2）應用

①沿空留巷巷旁充填。

根據切頂高度、圍巖應力分布、充填體的穩定性，按煤體極限平衡梁力學模型計算巷道支護阻力，從而確定巷旁充填體強度與寬度。

②巷道圍巖注漿加固。

研究了巷道圍巖注漿加固機理。對于處于峰后強度的破碎區、塑性區圍巖，通過ZKD高水速凝材料注漿加固，充填滿裂隙，圍巖的殘余強度將成倍地增加，顯著提高了圍巖的穩定性。注漿封閉水源、隔絕空氣，有效地減少了圍巖風化、破裂。

3 今后動壓巷道研究重點及其發展方向

3.1 進一步發展巷道支護技術

動壓巷道支護主要使用金屬支架與錨桿支護，當前應著重解決以下問題：

（1）關于金屬支架。

①剛性與可縮性支架的使用界限。

目前，不少應當使用可縮性支架的巷道仍然大量使用著剛性支架，造成支架大量損壞，支護費用大幅度增加，巷道難以維護。應當從技術、經濟上進一步研究兩種支架使用范圍的界限。

②U型鋼可縮性支架的連接件。

它是可縮性支架的關鍵部件，決定支架的力學性能，特別是承載能力和可縮量。目前大量使用的螺桿夾板式連接件造成支架不可縮，支架及連接件大量損壞，應積極發展雙槽型夾板式連接件。

（2）關于錨桿支護。

①進一步發展和完善圍巖峰后強度強化理論。

該理論解決了破裂圍巖中錨桿的作用機理，并為支護參數確定提供了理論依據。當前理論上需進一步完善，并研究其適用條件，形成一整套確定錨桿支護參數的新方法。

②雖然我國目前較廣泛應用了高強度錨桿，但所使用的20MnSi螺紋鋼材質強度不高，其屈服強度僅340 Mpa，應盡快研制、使用屈服強度高且保證有足夠延伸率的貓桿，使錨桿支護阻力能夠滿足工程需要。

3.2 研究礦用新型材料

近期發展起來的膏體、似膏體材料是一種性優價廉的礦用新材料，有廣泛的應用前景。

這種材料是以破碎的煤矸石、電廠粉煤灰或城鎮固體垃圾等作為主料，再配以少量底價膠結料（50～100 kg/m3）而成。它是一種不淅水的、牙膏狀稠漿體，固結后強度可達2～15 MPa（隨材料組分及膠結量不同而異同），價格低廉。

參考文獻

[1] 侯朝炯，馬念杰.煤幫極限支承壓力的計算分析[D].第四界采場礦壓討論會論文匯編，1987.

[2] 馬念杰，侯朝炯.采準巷道礦壓理論及應用[M].北京：煤炭工業出版社，1995，10.

[3] 王衛軍，朱香輝.深井煤巷底鼓控制原理與工程實踐[J].礦業工程研究，2009，10（4）：26-28.

[4] 孫曉明.煤礦軟巖巷道耦合支護理論研究及其設計系統開發[D].中國礦業大學，2002.

[5] 何滿潮，李春華.錨索關鍵部位二次支護技術研究及其應用[J].建井技術，2002，23（1）：21-24.endprint