復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道修復(fù)技術(shù)

陳曉峰

（同煤集團生產(chǎn)技術(shù)部，山西 大同 037003）

引言

在巷道圍巖比較復(fù)雜的情況下，圍巖受到的地應(yīng)力較大，也容易破碎，從而巷道很容易變形，維護起來困難較大。目前我國在復(fù)雜圍巖的支護處理方面還存在一定的不足，不能有效結(jié)合實施現(xiàn)場的情況來進行支護方案的選擇和確定。因此，要進行安全高效的煤礦開采，就要深入研究和探索在復(fù)雜圍巖條件下的大斷面受損動壓巷道修復(fù)技術(shù)。目前國內(nèi)外巷道支護技術(shù)主要有錨桿、U型鋼可縮性支架、工字鋼等。

1 復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道的基本特征

復(fù)雜圍巖是一種地下的工程環(huán)境，其地質(zhì)條件比較特殊，常規(guī)的施工措施不能保證施工安全。這種復(fù)雜圍巖的形成因素有很多，地質(zhì)構(gòu)造如裂隙、斷層等，地應(yīng)力或是水理作用等都能影響復(fù)雜圍巖的形成。因此，研究復(fù)雜圍巖條件下的巷道支護技術(shù)對于地下工程的施工安全十分重要。

1.1 復(fù)雜圍巖巷道類型

目前我國復(fù)雜圍巖巷道主要有五類：低強度圍巖、膨脹性圍巖、高地應(yīng)力圍巖、節(jié)理化圍巖以及復(fù)合型圍巖。

低強度圍巖的結(jié)構(gòu)特性比較軟弱松散，巖石單軸的抗壓強度較低（＜30MPa），低應(yīng)力條件下就容易變形，甚至破壞。膨脹性圍巖，這種圍巖的特性是遇水容易膨脹，因為巖石包含了一些吸水性較強的黏性土礦物。高地應(yīng)力圍巖，顧名思義，是在高地應(yīng)力下才會顯著變形。在煤礦開采中，只有開采深度達到一定程度時，才會出現(xiàn)這種情況。開采深度越深，圍巖變形程度就越大，受到的破壞就愈加明顯，會相繼出現(xiàn)巖體破碎、變形，甚至出現(xiàn)動力災(zāi)害現(xiàn)象。節(jié)理化圍巖的結(jié)構(gòu)強度較高，但是隨著煤巖體的層理、節(jié)理和裂隙等的發(fā)育，使得整體的煤巖體強度降低，穩(wěn)定性降低。在褶皺或斷層等地質(zhì)構(gòu)造地帶附近，往往會出現(xiàn)這種節(jié)理化圍巖。復(fù)合型圍巖就是同時存在兩種及以上的圍巖。

1.2 復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形的影響因素

1）圍巖性質(zhì)。巷道底板為碳質(zhì)泥巖的圍巖一般強度較低，容易破裂。由于這種泥巖含有很多軟化性的膨脹礦物成分，使得圍巖遇水容易膨脹、軟化，進而造成巷道嚴重變形。由于水的侵蝕，本已松散的巖體更容易出現(xiàn)流變情況，而且?guī)r石軟化后，其承載能力和強度都大大降低，圍巖裂隙發(fā)育隨之加快。所以，巷道支護結(jié)構(gòu)的強度和承載能力主要受水的影響和圍巖裂隙的發(fā)育的影響。

2）采動影響。在經(jīng)過多種形式、不同方向的采動后，巷道內(nèi)部圍巖的應(yīng)力也發(fā)生著變化，在多次采動影響后，巷道圍巖的強度就會相應(yīng)降低，從而可塑性升高，擴大了圍巖松動的范圍，這樣巷道支護的條件更加不利。所以，采動的影響也是巷道變形和破壞的一個重要原因。

3）瓦斯爆炸和水的影響。當?shù)V井發(fā)生瓦斯爆炸后，巷道開挖后的應(yīng)力平衡就會遭到破壞，圍巖應(yīng)力隨之變化，降低圍巖強度，巷道嚴重變形。而且受瓦斯爆炸的影響，巷道受損嚴重，其寬度增加，而用來滅火的水會沿著巷道破壞后的裂縫延伸，使得巷道的變形更嚴重。

1.3 復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形破壞的特點

1）變形時間長。復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形有一定的規(guī)律，一般是蠕變變形三階段。這種蠕變變形是指，隨著時間的增加，應(yīng)變速率先減小，然后保持不變，最后迅速增大，一直到巖體遭受破壞。

2）變形程度大。復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓本身的性質(zhì)導(dǎo)致巷道變形的程度較大，在一些設(shè)置仰拱的地段，對頂板和側(cè)幫進行了巷道支護，但這就對調(diào)整圍巖應(yīng)力增加了難度，底板是最薄弱的環(huán)節(jié)，容易發(fā)生應(yīng)力的釋放與體積的膨脹。

3）環(huán)向受壓。一般的復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道都是環(huán)向受壓，在開挖巷道后，底板會發(fā)生底鼓，頂板也會變形，甚至掉落。這樣在進行巷道支護時，就要控制底板，避免發(fā)生底鼓，造成兩幫破壞，頂板掉落現(xiàn)象。

2 復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形的破壞機理

2.1 巷道變形的破壞形式

巷道變形的破壞形式主要有四種，即頂板變形破壞、兩幫變形破壞、巷道底臌破壞、頂板與兩幫交匯處變形破壞。

頂板變形破壞，巷道頂板明顯下沉，局部地方有冒頂現(xiàn)象，頂板破碎。頂板部分的預(yù)應(yīng)力消失，錨桿裸露，梁掉落。鋼帶彎曲破斷比較嚴重，巷道的大部分鋼絲網(wǎng)破壞，失去作用，頂板出現(xiàn)離層現(xiàn)象。兩幫變形破壞，主要是向巷道內(nèi)變形，原因是工作面受到了支撐壓力，還有巷道圍巖釋放的應(yīng)力。

2.2 巷道變形的破壞原因分析

采用應(yīng)力影響變形破壞分析，巷道形成中受到多方面因素影響，在巷道的方式和位置不同時，其受到的采用應(yīng)力也不同。一般因采動影響將回采巷道分為三類，第一，位于未經(jīng)采動的煤體內(nèi)，巷道兩側(cè)均是煤體。第二，是巷道一側(cè)為煤體，另一側(cè)為穩(wěn)定的采空區(qū)，也就是采動穩(wěn)定巷道。第三，是上區(qū)段的運輸巷與下區(qū)段的回風(fēng)巷同時掘出，即正采動巷道。

2.3 巷道變形的破壞特征

巷道變形大，在破壞巷道之前，受工作采動影響，出現(xiàn)側(cè)幫內(nèi)移、底板下沉等現(xiàn)象。在采動影響下，巷道會出現(xiàn)較大的變形。在短時內(nèi)，巷道頂板和底板與兩幫的移近量會出現(xiàn)很大差別。巷道兩幫應(yīng)力較集中，變形范圍加大。

巷道變形時間性，在復(fù)雜圍巖的條件下，動壓巷道的變形過程一般都具有時間性，這主要與動壓源的位置和巷道位置有關(guān)。隨著動壓源由遠及近變化，巷道變形程度和速度都明顯加大。

巷道變形破壞形式多樣，有底臌、冒頂、頂板下沉、兩幫片幫等。動壓巷道的常見破壞形式是底臌破壞，受動壓影響，由于沒有對巷道進行支護措施，巷道的兩幫和頂板受到的應(yīng)力得到釋放，就會導(dǎo)致一定程度的底臌，而且隨著采動的加快，巷道底臌的破壞就愈加明顯。

2.4 巷道變形的破壞機制

巷道變形的破壞機制主要有三種，巷道頂板圍巖變形破壞、巷道兩幫圍巖變形破壞和巷道底板圍巖變形破壞。

巷道頂板圍巖變形破壞，其形式主要是頂角的應(yīng)力太大，使得頂板深部受到破壞。由于沿層面滑動方向發(fā)生內(nèi)位移，使得巷道頂板下部的巖層與其上部巖層脫離開，這就導(dǎo)致頂板下部的巖層要獨自承受力量。

巷道兩幫圍巖變形破壞，由于巷道構(gòu)造應(yīng)力的影響，巖體本來的應(yīng)力平衡被破壞，致使巷道兩幫出現(xiàn)裂紋，并向內(nèi)擴展。而一旦產(chǎn)生裂紋，就使得巷道兩幫的承載能力降低。

3 復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形的修復(fù)技術(shù)

要充分利用巷道圍巖的本身的承載能力，盡量維持巷道的穩(wěn)定；要設(shè)置強度較大的巷道支護體來控制巷道圍巖的變形，保證巷道圍巖的施工安全；加強對巷道底臌的控制，用底角錨桿、可縮性的封閉金屬支架來對底臌進行支護措施；要兼顧護頂和護幫；盡量分區(qū)支護，分段來施工。選擇錨桿支護作為重點的巷道支護方式，錨桿支護可以提高圍巖的強度，與圍巖共同承擔(dān)重量，形成完整的承載圈。

1）觀察分析頂板、瓦斯等情況，制定出施工措施；

2）在冒落區(qū)周邊打臨時支柱，將冒落處的頂板托住；

3）逐步向冒落區(qū)推進，清理冒落矸石（煤）；

4）依次由一端架設(shè)棚子，棚子以上未接頂?shù)牡胤揭媚径饨禹敚?/p>

5）進行安全檢查，確認無危險后，方可收工。

4 結(jié)語

在復(fù)雜圍巖環(huán)境下，大斷面受損動壓巷道的修復(fù)技術(shù)對于保證煤礦地下工程施工的安全極為重要。施工單位要選擇和確定合適的巷道修復(fù)技術(shù)，就要對復(fù)雜圍巖的巷道類型、復(fù)雜圍巖大斷面受損動壓巷道變形和破壞的原因、特征、影響因素和機理等，進行深入分析與研究，結(jié)合實際的施工情況，選擇合適的巷道修復(fù)技術(shù)，從而更好的保證煤礦地下工程施工的安全進行。

［1］ 李延軍，王紅偉，曾佑富等.復(fù)雜圍巖大斷面回采巷道底鼓控制研究［J］.煤炭工程，2012，（11）：68-71.

［2］ 扈世民，張頂立，王夢恕等.大斷面黃土隧道開挖引起的圍巖力學(xué)響應(yīng)［J］.中國鐵道科學(xué)，2011，32（5）：50-55.

［3］ 陳新明，郜進海.高應(yīng)力大斷面破碎圍巖巷道二次強力支護支架設(shè)計［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報，2012，32（6）：565-570.