深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征與支護對策研究

摘 要：隨著我國社會水平的提升，對于礦井的開采深度及強度也逐漸增強，由于地質條件及高強度開采等因素的影響，使得礦井周圍巖體受到嚴重的破壞，各種安全事故頻發，基于此，本文主要研究了深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征，并對其破壞特征提出了相應的支護對策，以期提升礦井開采的安全力度及整體質量。

關鍵詞：沿空掘巷；圍巖變形；特征；支護

前言：我國人口數目的逐漸增多，對于能源的需求程度也隨著提高。尤其是對于煤炭資源的需求最高，使得淺層的煤礦資源枯竭后，開始向更深的部位進行開采。在深部開采中，各種問題應運而生，比如：松軟膨脹的巷道或是特大不規則形的巷道等，都存在圍巖變形的狀況，為此有關施工人員要針對問題，提出相應的支護對策，進而提升煤礦的整體開采質量。

一、深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征

針對某一工作面進行掘進工作時，設其沿空掘巷的煤柱寬度為五米，并且其巷道的不規則形呈矩形狀，約為4.8m*3.5m，其原支護方案使用的是錨網帶索的方式，頂板是φ18mm*L2200mm的KMG500左旋式無縱筋螺紋鋼錨桿，預緊力為120N·m；幫部使用的是φ18mm*L2200mm的KMG400左旋式無縱筋全螺紋錨桿，預緊力為60N·m，而且每個孔都會使用一支MSCK2350的錨固劑，其間排距大致為0.8m*0.8m。但其頂錨索的規格為φ22mm*L6200mm，運用“2-1-2”式進行五花行布置，預緊力為100kN，每個孔布置兩支MSCK2350的錨固劑，其間排距為1.6m*1.6m，頂板使用的是4600mm*100mm*10mmT型鋼帶，幫部使用的是8號鋼筋梯護表。在具備以上條件的情況下進行巷道掘進100m工作，其圍巖變形狀況如下：

首先，巷道的圍巖變形速度逐漸增加，變形程度很嚴重，當向前掘進100m，頂板的下沉量會達到507mm左右，底鼓量達到274mm，頂板離層為150mm，大大超出了離層儀所測數據的量程，使得其兩幫嚴重鼓出，且移近量為843mm左右，沿空幫內的移量為546mm左右[1]。由此可得出圍巖表面的位移規律：底鼓<實體幫內移<頂板下沉<沿空幫內移。其次，支護構建的保護效果大大降低。在兩幫的底角、側頂板、肩窩等重要部位會有錨桿繃斷，托盤壓裂及滑脫等現象，按照以上支護方法推進100m，有18根錨桿被繃斷，大多處于自由端及錨固端相交處繃斷；還有12根錨桿直接穿過托盤與鋼帶進入了煤體，使得錨索的托盤有反彎或者壓裂的狀況出現，另外頂板與其兩端的金屬網兜有撕裂現象，其保護表面功能失效。然后，圍巖的松散程度及破碎范圍變大。巷道所使用的錨網帶索式支護結構，其使用的材料及其參數與圍巖松散破碎特性、不規則形支護需求嚴重不符，使其很難作為穩定有效的承載結構進行保護工作，進而在高應力及巖石覆蓋層的支撐壓力下，沿空巷道的松散破碎范圍擴大，不在錨桿錨固的正常范圍內。最后，圍巖具有明顯的流變性。在開挖巷道后，除了底板外，另外三面都是軟弱的破碎煤體，并且頂底板大多是粉細砂巖或泥巖等多種軟弱巖層。在掘巷思維穩定期內，圍巖具有明顯的流變性，并且變形量也逐漸增加，在其流變期內底板推進位移速度與兩幫移近速度增加，分別為6.8mm/m、8mm/m，加之受到其工作面超強的支撐壓力影響，圍巖變形程度加深，若是繼續使用錨網帶索式的支護方式，很難保證深部沿空掘巷具有較強的穩定性[2]。

二、深部沿空掘巷圍巖變形的支護對策

（一）強力讓壓耦合支護

首先，對于錨桿錨固區所屬范圍內的圍巖，其離層、縫隙張開、滑動、產生新裂紋等非連續性的擴容變形，都可以使用具有高預應力的強力支護進行控制，使圍巖能夠屬于受壓狀態，進而增強圍巖的豐厚強度，阻止圍巖出現彎曲變形、剪切、拉伸等破壞現象，將圍巖作為承載主體，使其在錨固區內能夠形成一種預應力承載結構，避免在錨固區內產生外離層，逐步完善深部圍巖的預應力狀態。與此同時，還要使用高預應力的錨索，在深部穩定巖層中固定一個預應力承載結構的錨固，從而提升圍巖整體結構的穩定性能。

其次，要保證支護結構具有有效的讓壓功能，能夠將圍巖內所集聚的一些應變能進行釋放，充分提升其具有的承載能力，進而使支護結構能夠對能量進行吸收并轉移。與此同時，還要在實際煤幫中進行打卸壓孔，使高應力能夠轉移到圍巖的更深之處，這樣能夠減輕煤幫較淺部位中的圍巖應力，確保巷道圍巖具有高度的穩定性能。

除此之外，還要在確保支護系統中不同組合構件的強度、硬度、延伸量等多種參數之間相互匹配，使支護系統中不同構件的強硬度、錨索的延伸量等不同參數能夠符合圍巖在受力變形時產生的特性，從而有效避免支護與其圍巖能夠相協調、不變形，使圍巖能夠發揮其高效的自身承受能力，進而達到深部沿空掘巷圍巖不變形。

（二）加強主要部位支護效果

巷道的最薄弱部位是否具有穩定性決定其整體結構是否穩定，巷道之所以會失去穩定性，是因為其某個部位或是某幾個部位出現變形狀況，由于沒有及時發現，使其漸漸地在整個圍巖之中擴展。若是巷道的圍巖中有薄弱的環節出現，那么此環節就會直接造成巷道出現破壞狀況，所以在完善巷道支護時，務必要加強其主要部位的支護效果，進而提升圍巖整體的穩定性能。控制沿空掘巷圍巖具有高效穩定性的重要因素就是確保窄煤柱的穩定。在實際開采工作中，對上區段的回采集、開挖巷道等行為都會使窄煤柱的兩端出現破碎區域，使其整體都處于一種塑性的破壞狀態，承載力極弱。因此，擴大窄煤柱的寬度，在某種程度上能夠削弱上層覆蓋巖層所承載負荷產生的集中實體煤幫應力，可以避免煤幫的破碎范圍逐漸擴大，進而阻止了頂板跨度的增大及下沉狀況，提升其頂板的穩定性能[3]。

另外，在深部高應力、頂部煤體嚴重下沉等情況形成的附加水平應力下，頂層煤體與頂部層里面出現剪切破壞現象，同時使得周圍的煤體出現破壞現象，進而使頂部煤體兩側肩窩部位出現范圍較大的塑性區。這時應在兩側肩窩的斜上方進行打錨索處理，使其能夠與頂板錨索一同起到穩定作用，并將頂煤錨固放置在巖層深部的穩定區域之中，以此來加強對此區域的支護。對于巷道兩幫角底出現的滑移、變形狀況，應在其兩角底加強支護，從而避免因底部巖層滑移、剪切產生底鼓現象。

結束語：綜上所述，深部沿空掘巷圍巖變形破壞特征為巷道的圍巖變形速度逐漸增加，嚴重變形；支護構建的保護效果大大降低；圍巖的松散程度及破碎范圍變大；圍巖具有明顯的流變性。根據以上圍巖變形破壞特征，應使用強力讓壓耦合支護與增強重要部位支護效果得圍巖控制原理，進而促進煤礦挖掘工作有效進行。

參考文獻：

[1]李建沛.基于FLAC～（3D）的綜放沿空掘巷錨桿支護研究[J].太原學院學報（自然科學版），2018，36（02）：9-12.

[2]張書軍，徐學鋒.深孔爆破切頂卸壓控制沿空掘巷圍巖變形技術研究[J].煤炭工程，2018，50（03）：57-59+62.

[3]馮廷燦，鄒德均，周詩建.動壓影響下留窄煤柱沿空掘巷圍巖控制技術[J].煤礦安全，2018，49（03）：87-90+94.

作者簡介：

楊發軍，（1991-），籍貫到市（甘肅省武威市），民族（漢），職稱（助理工程師），學歷（本科），研究方向（煤礦防治水）。