不同位置巷道破壞原因及治理對(duì)策研究

楊晉波（潞安集團(tuán)古城煤礦,山西 長(zhǎng)治 046204）

不同位置巷道破壞原因及治理對(duì)策研究

楊晉波
（潞安集團(tuán)古城煤礦,山西 長(zhǎng)治 046204）

摘 要：針對(duì)某礦巷道破壞率高、多次復(fù)修制約礦井安全生產(chǎn)與高產(chǎn)高效的問(wèn)題，依據(jù)與開(kāi)采煤層位置不同將巷道劃分為四種類型并進(jìn)行巷道破壞原因分析，據(jù)此提出各類巷道的治理對(duì)策，對(duì)其它煤礦類似條件下的巷道支護(hù)有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：巷道破壞；空間位置；因素分析；巷道治理

1 前言

巷道是礦山開(kāi)采的基礎(chǔ)，想要降低其變形，減少破壞和維護(hù)就要進(jìn)行合理的布置與支護(hù)。經(jīng)過(guò)多年探索實(shí)踐，開(kāi)發(fā)出了一系列因地制宜的新技術(shù)，如沿空留巷巷旁支護(hù)、高預(yù)應(yīng)力錨桿（索）支護(hù)等，并形成了科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，有利推動(dòng)了煤炭工業(yè)化發(fā)展[1]。但地質(zhì)條件復(fù)雜多變，不合理的支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)導(dǎo)致巷道變形嚴(yán)重，需要進(jìn)行維護(hù)、返修甚至報(bào)廢，嚴(yán)重制約了煤礦的安全生產(chǎn)[2]。因此需要根據(jù)實(shí)踐分析巷道破壞原因，總結(jié)巷道破壞預(yù)防與治理對(duì)策。

某煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量150萬(wàn)t。礦井分-520m和-720m兩個(gè)開(kāi)采水平，煤層傾角17°。由于受到一系列因素影響，該礦主要巷道在掘進(jìn)和回采過(guò)程中變形和破壞較為嚴(yán)重，60%～70%的巷道需維修后才能使用，其中20%～30%嚴(yán)重失修，部分巷道甚至1年維修5～6次[3]，造成該礦安全生產(chǎn)環(huán)境差、經(jīng)濟(jì)效益低，給礦井的正常生產(chǎn)交替帶來(lái)很大阻礙，并且這種矛盾二水平延伸時(shí)將更加嚴(yán)重。

2 不同布置方式巷道破壞原因分析

2.1 巷道主要類型劃分

根據(jù)對(duì)巷道破壞的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)巷道的主要破壞原因和巷道與開(kāi)采煤層的空間位置有很大聯(lián)系。故依巷道空間位置將分類如下，如圖1所示：

a、本煤層實(shí)體煤巷道

巷道在煤層內(nèi)，且兩側(cè)均為實(shí)體煤，而非煤柱。

b、本煤層沿空巷道

巷道在煤層內(nèi)的沿空留巷或沿空掘巷。

c、頂、底板跨采巖巷

一般布置在采煤工作面下（上）方巖層內(nèi)，與煤層有一段距離。

d、頂、底板留煤柱巖巷

一般布置在工作面留煤柱下（上）方巖層內(nèi)，與煤層有一段距離。

圖1 該煤礦巷道基本類型

2.2 巷道破壞影響因素分析

2.2.1 本煤層實(shí)體煤巷道

（1）巷道破壞主要由支護(hù)方式選取不合理引起。該礦采用工字鋼棚支護(hù)。首先工字鋼棚支護(hù)為“被動(dòng)支護(hù)”，支護(hù)效果較之錨桿支護(hù)差。其次當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將會(huì)破壞巷道的穩(wěn)定性，使巷道變形持續(xù)增大，凸顯其支護(hù)能力不足。

從該礦頂板和煤層的條件分析，本煤層巷道煤層和直接頂強(qiáng)度較低，圍巖完整性相對(duì)差，容易導(dǎo)致片幫和冒頂。

（2）巷道埋深的影響。巷道埋藏深度是確定巷道圍巖穩(wěn)定性的基本因素之一。該礦一水平埋深500m左右，但煤層強(qiáng)度較低，巷道變形仍較大。當(dāng)二水平開(kāi)采時(shí)，礦壓顯現(xiàn)會(huì)更加強(qiáng)烈。

（3）采動(dòng)影響加大了巷道超前維護(hù)的難度。本煤層巷道受采動(dòng)影響時(shí)，僅受到巷道掘進(jìn)影響和采面前方采動(dòng)影響，故對(duì)圍巖變形量影響不如前三個(gè)因素。

（4）構(gòu)造帶處較為破碎的圍巖環(huán)境增大了巷道支護(hù)難度。當(dāng)巷道經(jīng)過(guò)構(gòu)造破碎帶（如褶曲）等時(shí)，未因地制宜加強(qiáng)支護(hù)，造成巷道變形量難以控制，使得此處巷道經(jīng)常翻修。

2.2.2 本煤層沿空巷道

（1）采動(dòng)影響加劇了巷道變形破壞。通過(guò)留煤柱或巷旁支護(hù)等技術(shù)在上一工作面采空區(qū)邊緣掘進(jìn)或留設(shè)巷道供下一工作面繼續(xù)使用的巷道稱為沿空巷道。此類巷道受采動(dòng)影響后變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)體煤巷道，采動(dòng)影響是沿空巷道破壞的主要原因。

（2）圍巖的完整性差給巷道的大變形提供了前提條件。沿空巷道經(jīng)受過(guò)一次采動(dòng)影響，圍巖完整性較差，再經(jīng)受二次采動(dòng)影響，加大了圍巖控制難度。

（3）不合理的支護(hù)措施使得支護(hù)體穩(wěn)定性降低。該煤礦的沿空巷道多采用架工字鋼對(duì)棚的支護(hù)方式，較差架棚的質(zhì)量使巷道穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。

（4）其他影響因素。巷道埋藏深度、不合理的巷道超前支護(hù)、對(duì)構(gòu)造破碎帶沒(méi)有因地制宜采取必要措施等也會(huì)造成本煤層沿空巷道破壞。

2.2.3 頂、底板跨采巖巷和留保護(hù)煤柱巖巷

（1）圍巖強(qiáng)度是巷道支護(hù)效果的根本。煤層圍巖多為沉積巖，強(qiáng)度較低，受頂（底）板采動(dòng)影響時(shí)，巷道支護(hù)效果差，造成巷道變形量較大甚至破壞。

（2）不足夠的巖柱尺寸導(dǎo)致巷道變形急劇增加。受頂（底）板煤層采動(dòng)影響時(shí)，巖柱尺寸過(guò)小的巷道將產(chǎn)生明顯變形。

（3）巷道的圍巖大變形主要由采動(dòng)影響引起。如果參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，采動(dòng)影響將誘發(fā)較大范圍的破壞。

（4）較差的圍巖完整性給巷道的大變形提供了前提條件。由于巷道上方或下方需經(jīng)過(guò)工作面，該類巷道所在巖層圍巖完整性較差。在工作面回采過(guò)程中，巷道將出現(xiàn)局部掉頂、片幫等現(xiàn)象。

2.2.4 留保護(hù)煤柱巖巷

留保護(hù)煤柱巖巷穩(wěn)定性與圍巖強(qiáng)度、完整性、采動(dòng)影響、埋深等因素有關(guān)，同時(shí)也受煤柱留設(shè)尺寸和工作面的停采線的影響。煤柱尺寸不合理會(huì)造成巷道應(yīng)力集中，導(dǎo)致變形過(guò)大，而工作面停采線離巷道過(guò)近會(huì)造成巷道受采動(dòng)影響加劇，從而造成破壞。

3 巷道破治理對(duì)策

通過(guò)對(duì)不同位置巷道進(jìn)行分類和現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)，分析了4種類型巷道破壞的影響因素，這些都是在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該考慮的問(wèn)題，非常值得借鑒。

對(duì)于不同位置巷道，其破壞原因不盡一致，導(dǎo)致其治理方法也各有所偏倚。有針對(duì)性地提出治理對(duì)策，才會(huì)取得顯著效果。

對(duì)于本煤層實(shí)體煤巷道，在設(shè)計(jì)支護(hù)與治理其變形破壞時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）在考慮支護(hù)方式時(shí)，首選錨桿（索）支護(hù)。巷道掘進(jìn)時(shí)若無(wú)明顯的冒頂與大量的片幫，優(yōu)先選用錨桿支護(hù)[4]。

（2）巷道層位的選擇要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件。此類巷道頂煤較為軟弱破碎，難以進(jìn)行支護(hù)，故沿煤層頂板掘進(jìn)。

（3）合理的工作面超前加強(qiáng)支護(hù)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，超前工作面50m加強(qiáng)支護(hù)，在超前工作面20m范圍內(nèi)，依據(jù)巷道變形狀況適提高單體液壓支柱密度。

（4）對(duì)于局部地質(zhì)構(gòu)造帶處采取合理措施。當(dāng)巷道位于地質(zhì)破碎帶中時(shí)，須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)制定合理的措施，不能盲目參照原參數(shù)支護(hù)。

（5）巷道層間距盡量布置得當(dāng)。合理的層間距是巷道穩(wěn)定的有力保障。當(dāng)煤層間距較小時(shí)，可以采取調(diào)整巷道水平布置位置的方法或者加強(qiáng)支護(hù)來(lái)盡量避開(kāi)或減輕上（下）部煤層的底（頂）板破壞帶的影響。

對(duì)于本煤層沿空巷道，需要考慮的下面三點(diǎn)：

（1）本煤層沿空巷道可以考慮采用留小煤墻的沿空掘巷或沿空留巷方式，支護(hù)可采用高預(yù)應(yīng)力錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)或巷旁充填體支護(hù)。

（2）加大工作面超前支護(hù)力度。與實(shí)體煤巷道類似，超前工作面50m加強(qiáng)支護(hù)，在超前工作面20m范圍內(nèi)，依據(jù)巷道變形狀況適提高單體液壓支柱密度。

（3）巷道布置層位的選擇。由于受兩次采動(dòng)影響，一般巷道煤體較為破碎，故該類型巷道多沿煤層頂板掘進(jìn)，以免頂煤垮落。

而針對(duì)頂?shù)装蹇绮蓭r巷和留煤柱巖巷，需要結(jié)合各破壞影響因素進(jìn)行巷道布置與巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)。

1）巷道布置層位盡量選擇圍巖穩(wěn)定性良好的位置，避開(kāi)開(kāi)采高應(yīng)力集中區(qū)，降低巷道變形破壞。

2）盡量將巷道布置在開(kāi)采破壞帶以外的位置，巷道與開(kāi)采煤層垂距要合理設(shè)計(jì)，以期減少采動(dòng)影響。

3）合理安排煤層及工作面開(kāi)采順序。一般情況下，煤層間的開(kāi)采順序選擇采用下行方向，并設(shè)置合適的停采線；巷道兩側(cè)同時(shí)相對(duì)開(kāi)采可引起巷道強(qiáng)烈變形甚至破壞，因此要盡量避免。

4）巷道支護(hù)方案的設(shè)計(jì)必須因地制宜。通過(guò)地應(yīng)力測(cè)試與巖石力學(xué)測(cè)試等手段評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，結(jié)合開(kāi)采方案，確定支護(hù)參數(shù)。該類型巷道優(yōu)先選用錨桿（索）支護(hù)；而對(duì)于圍巖完整性較低的破碎圍巖巷道與返修巷道，可以采用“注漿加固+錨桿支護(hù)”的綜合治理技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳炎光，陸士良.中國(guó)煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1994.

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[4]張忠溫,馮學(xué)武.回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護(hù)型式確定[J].礦山壓力與頂板.