地質(zhì)在深層煤礦巷道支護(hù)中的重要影響

杜浩輝（冀中能源冀中股份公司東龐礦開(kāi)拓二區(qū)，河北 邢臺(tái) 054200）

地質(zhì)在深層煤礦巷道支護(hù)中的重要影響

杜浩輝
（冀中能源冀中股份公司東龐礦開(kāi)拓二區(qū)，河北 邢臺(tái) 054200）

我國(guó)是一個(gè)多煤、少油、少氣的國(guó)家，煤炭在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著相當(dāng)大的一部分比重，尤其是近些年來(lái)，鋼鐵產(chǎn)能的增加以及發(fā)電、取暖使得煤炭的用量逐年遞增，隨著淺層煤炭資源的日益減少，使得我國(guó)的煤炭開(kāi)采深度逐年增加。在這一過(guò)程中，煤礦巷道軟巖問(wèn)題是一直困擾著深層煤炭資源開(kāi)采巷道支護(hù)的難題，其對(duì)于煤炭的安全、高效生產(chǎn)有著重要的影響，在總結(jié)深部巖體由于外部因素而導(dǎo)致的其結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)行為更為復(fù)雜。本文將在分析深層煤層地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上提出如何做好軟巖巷道的支護(hù)工作。

軟巖；巷道支護(hù)；地質(zhì)特性

煤炭是我國(guó)的主要能源，在長(zhǎng)期的開(kāi)采過(guò)程中使得各大煤礦礦井的開(kāi)采深度都在逐年加大，隨著深度的增加，礦井巷道所面臨的地質(zhì)狀況也越來(lái)越復(fù)雜，有很多的礦井都面臨著程度不一的軟巖問(wèn)題，深部的巖體中會(huì)受到復(fù)雜的地質(zhì)應(yīng)力影響，從而增大了深部巷道巖體的應(yīng)力變化，使得巷道巖體的結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性大大增加。為了做好巷道的支護(hù)工作，應(yīng)當(dāng)對(duì)深層巷道的地質(zhì)狀況有充分的了解。本文將在分析深層巷道地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上，提出如何做好深層巷道的支護(hù)。

1 深層巷道所面臨的地質(zhì)狀況

隨著煤礦開(kāi)采深度的增加，其礦井巷道所面臨的地質(zhì)狀況更為復(fù)雜多變，其所受到的地應(yīng)力也隨著深度的增加而增大，尤其是在一些地層較為活躍且地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化所引起的殘余構(gòu)造應(yīng)力更為嚴(yán)重；此應(yīng)力作用在深層巷道中會(huì)使得巷道所面臨的變形量和變形速率都大大增加，且受到的變形應(yīng)力持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是應(yīng)力所引起的流變性更為嚴(yán)重，這是造成煤礦深層巷道支護(hù)破壞的主要影響因素之一。通過(guò)對(duì)以往煤礦深層巷道中的地質(zhì)狀況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，在深層煤礦巷道遭遇軟巖的情況下，其巷道的軟巖受高應(yīng)力的作用短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變形破壞，而是受深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的高應(yīng)力的作用呈現(xiàn)出較為明顯的流變特性，從而使得深層煤礦巷道在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生持續(xù)性的變形并在達(dá)到所能承受的極限后產(chǎn)生較為明顯的破壞。總的來(lái)說(shuō)，煤礦深層高應(yīng)力軟巖巷道中圍巖的變形破壞與其流變特性密切相關(guān)，意思就是隨著深層煤礦巷道的挖掘，巷道圍巖的變形量與變形速率在不斷的積聚增大，并在一段時(shí)間后達(dá)到巷道軟巖結(jié)構(gòu)所能承受的最大值后產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。總體來(lái)說(shuō)，在一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且強(qiáng)度較低的巖層所受到的流變現(xiàn)象影響較為嚴(yán)重，例如：泥化夾層軟巖、膨脹性泥巖、軟弱夾層等，以上這些軟弱巖層在受到重力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及采動(dòng)應(yīng)力組成的復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)的共同作用下，煤礦巷道周圍軟巖的流變現(xiàn)象會(huì)隨著時(shí)間的推移而越來(lái)越明顯，對(duì)煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定性的影響也越來(lái)越強(qiáng)。所以在進(jìn)行煤礦巷道支護(hù)時(shí)需要考慮圍巖流變性對(duì)煤礦巷道支護(hù)所產(chǎn)生的重要影響。

深層煤礦巷道軟巖在高應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性變形，且具有高地壓、變形量大、支護(hù)困難等特性，深層煤礦高應(yīng)力巖一般是古代及部分中生代軟巖含大量的高嶺石、伊利石等膨脹性粘土礦物，成巖時(shí)間較長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)較為致密，通常在較高的應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出較為明顯的軟巖特性，其中高應(yīng)力軟巖多為較硬的巖石，巖體的破碎性、強(qiáng)度等都較低，受到明顯的外力后容易破碎且流變性極高，在進(jìn)行深層煤礦巷道的挖掘前，整個(gè)高應(yīng)力巖在深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)高應(yīng)力作用下，整個(gè)巖體是整體閉合受力的，整個(gè)巖體穩(wěn)定且具有一定的受力承載能力；而當(dāng)深層煤礦挖掘后，破壞了高應(yīng)力巖的整體性，使得深層煤礦巷道處于地應(yīng)力的環(huán)境作用下，整個(gè)深層煤礦巷道的巖體結(jié)構(gòu)面張開(kāi)、貫通，造成受力加大且流變性較為明顯，整個(gè)巖體不穩(wěn)定且承載強(qiáng)度較低。

2 深層煤礦巷道圍巖變形破壞的主要特性

深層煤礦巷道軟巖在長(zhǎng)期處于地質(zhì)高應(yīng)力的作用下使得巷道周圍的圍巖呈現(xiàn)出較為明顯的變形破壞性，整個(gè)圍巖具有較為明顯的流變性和大的變形能力，圍巖的自穩(wěn)定時(shí)間短而變形的時(shí)間較長(zhǎng)且變形量較大，這些都為深層煤礦巷道圍巖的支護(hù)帶來(lái)了極大的影響。在低應(yīng)力的地層環(huán)境中，巖體受力后呈現(xiàn)出較為明顯的破壞性，且以脆性斷裂為主，間或有巖石的永久變形或塑性變形，甚至是沒(méi)有。而隨著煤礦開(kāi)采深度的增加，其應(yīng)力逐漸向高應(yīng)力轉(zhuǎn)換，其特性表現(xiàn)為深部延性力學(xué)影響行為。

3 深層煤礦巷道的支護(hù)

3.1 錨注支護(hù)技術(shù)。錨注支護(hù)技術(shù)主要是通過(guò)采用錨桿與注漿管相結(jié)合后所實(shí)行的一種新型支護(hù)技術(shù)。其主要的施工方法是通過(guò)用高壓的方式向圍巖所含有的大量裂縫中注入能夠膠結(jié)硬化的水泥砂漿等，加大了深層煤礦巷道圍巖的整體性，增強(qiáng)其受力能力，從而提高了深層煤礦巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其主要特性如下：（1）通過(guò)采用水泥砂漿等封閉了巖體中的縫隙，封閉了水源、隔絕了空氣。（2）通過(guò)采用注漿技術(shù)可以對(duì)深層煤礦巷道圍巖中變形較為明顯的關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)化，提高深層煤礦巷道圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。（3）深層煤礦巷道圍巖的錨注支護(hù)方式可以與其他深層煤礦巷道的支護(hù)方式相結(jié)合，從而形成多層次、深結(jié)構(gòu)的支護(hù)防護(hù)層。

3.2 深層煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定控制技術(shù)。為做好對(duì)于深層煤礦巷道圍巖的控制，通過(guò)采用高性能的支護(hù)方案增強(qiáng)其整體支護(hù)性并提高深層煤礦巷道圍巖穩(wěn)定性的控制。在深層煤礦巷道支護(hù)的過(guò)程中，可以采用懸吊理論、組合拱理論以及組合梁理論相結(jié)合的方式，提高深層煤礦巷道的支護(hù)能力，并在支護(hù)的過(guò)程中采用強(qiáng)度、剛度以及預(yù)應(yīng)力都較高的錨桿來(lái)配合金屬網(wǎng)、鋼帶梁等組成錨噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以有效的提高深層煤礦巷道的支護(hù)能力，進(jìn)而形成對(duì)于巷道頂部、幫圍巖體的有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于深層煤礦巷道巖體的積極主動(dòng)的支護(hù)。處于深層軟巖中且服務(wù)年限較長(zhǎng)的運(yùn)輸巷道等永久巷道，采用一次高性能支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足圍巖支護(hù)的要求，在一次支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次支護(hù)加固，進(jìn)而形成承載力較高的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，完成對(duì)于深層煤礦巷道的有效支護(hù)。在二次支護(hù)加固過(guò)程中多采用的是錨固技術(shù)、圍巖注漿以及高性能的錨索技術(shù)。

結(jié)語(yǔ)

深層煤礦巷道支護(hù)是深層煤礦開(kāi)采的重要保證。本文在分析深層煤礦所面臨的軟圍巖地質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)深層煤礦巷道支護(hù)所采用的技術(shù)以及注意事項(xiàng)等進(jìn)行了介紹。

[1]何滿潮.中國(guó)煤礦軟巖巷道支護(hù)理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[2]周宏偉，等.深部高應(yīng)力下巖石力學(xué)行為研究進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展，2005（35）.

[3]李剛，等.高應(yīng)力軟巖巷道變形特征及其支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009（26）.

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