基于軟巖巷道的支護監測與分析

付計剛　劉巖　沈建波

摘 要：深井開采對于巷道支護要求十分嚴格，巷道支護的強度不僅是井下運輸的保證而且也是保障井下人員安全生產的關鍵。本文以山東省陽城煤礦-650m南翼大巷為研究對象，對不同類型的支護措施進行實測數據對比。由于該大巷的支護難點是圍巖為復合軟巖，這就增加了大巷支護的難度，對其井下長期的巷道變形研究十分重要。

關鍵詞：巷道支護 實測數據 復合軟巖

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0068-02

隨著礦井開采逐步向深入轉移，井下復雜的巷道工程面臨諸多問題，如沖擊地壓，復雜構造等，所以巷道支護強度監測技術的研究尤為關鍵。我國軟巖巷道支護研究仍然處于發展階段，主要是因為大部分巷道的開挖會避開軟巖部分，實踐當中軟巖巷道是根據本礦井實際地質和生產效應的需求來布置。國內學者對軟巖支護的理論有軸變理論和開挖系統控制理論[1-2]，認為巷道破壞是高應力改變了巷道軸比，巷道的抗壓強度小于各種耦合應力超過其臨界值而發生變形；聯合支護理論[3]認為軟巖巷道的開挖不能單考慮支護強度，還應考慮開挖順序和支護材料的選擇，用剛性材料來對抗軟巖問題；圍巖松動圈理論[4-5]理論認為，強度很高的圍巖巷道其松動圈接近零，相反強度越低圍巖巷道的松動圈越大，彈塑性變形越厲害，支護難度越大等。巷道支護技術的發展是巷道支護監測的基礎，只有在可行性和可操作性高的巷道支護的保證下，才有必要進一步對其支護的強度進行監測與結果的分析。

1 -650南翼大巷概況

-650水平南翼大巷，包括回風大巷，皮帶大巷和軌道大巷，埋深約為700～800m，三條大巷均穿過多條斷層，所處地段的巖體為單斜構造，巖層傾角為20°～30°，平均為25°。地質構造十分復雜。大巷的圍巖為軟巖，主要由泥巖，中砂巖，細砂巖和粉砂巖組成，其抗壓強度很低，蠕變性很大，并且大巷的圍巖是復合軟巖大大增加了整體的支護難度。

2 巷道支護監測

2.1 監測原理和方法

本工程實踐用到的主要監測原理是：進行井下巷道現場量測獲得對于巖體系統穩定性和支護狀態的數據，以測得的數據為基礎，通過力學運算和計算機反演來確定支護系統的可靠性和施工對策。

主要的方法是，監控設計內容由現場量測、量測數據處理及量測數據反饋三方面組成。其中現場量測包括的內容有，量測項目、量測手段、量測方法和測點布置。

2.2 現在量測的目的

現場量測是對巷道支護系統分析的重要環節，其數據的可靠程度和多少直接影響分析結果的真實性。現場量測的意義有：（1）為監控設計提供依據和信息。井下工程是埋入地層中的結構物，而地層巖體的變化往往又千差萬別，因此僅僅靠事前的露頭調查及有限的鉆孔來預測其動向，常常不能充分反映巖體的產狀和性狀。（2）提前預防險情指導正確施工。邊施工邊監測，通過工人經驗和實時觀察來反饋信息，達到預報施工的安全程度的目的是一種常用的方法。對于軟巖結構的巖體有很大的流變性和蠕變性，不確定因素增多，單靠經驗類比的方法誤差太大，所以必須以現場量測數據為依據，正確的反演系統的可能發展，才能提前預防，保證安全開采。（3）為后續施工提供了經驗和參考。

3 實測數據分析

3.1 原掘大巷分析

主要對原掘大巷錨網支護和注漿加固后巷道圍巖變形情況進行對比分析。

從圖1、圖2可以看出巷道未注漿時，頂板下沉達到60cm左右，兩幫移近量達到80～140cm左右，可見巷道變形破壞之嚴重，無法滿足正常運營；注漿后，巷道在15～20d時基本穩定，頂板下沉量在10～200mm左右，兩幫移近量達到10～25mm左右，巷道達到穩定，可保障安全工作。

從圖3、圖4可以看出巷道未注漿時，底板底鼓量達到400～600mm左右，根據實測最大可達800mm，可見巷道底板底鼓之嚴重；注漿（反底拱）后，巷道在20～30d時基本穩定，底板底鼓量基本在5～15mm左右，巷道達到穩定。

3.2 新掘大巷分析

對新掘段巷道采用一次錨注支護后進行為期一個多月的跟蹤變形監測，由圖5、圖6可以得知：新掘巷道底鼓量最大為20mm（其中左1m測點噴灰后變化較大）；頂板下沉量最大值為25mm，且因為監測誤差在20mm波動；兩幫移近量最大值不足10mm。該支護方式對軟巖巷道的變形效果明顯，巷道總體穩定，無大變形。

3.3 巷道頂板監測分析

巷道頂板深部圍巖較穩定，未出現較大離層現象，頂板離層已趨于平穩，離層最大值為6mm；巷道左幫離層值大部分為負值，原因可能是該處多點位移計安裝出現問題；巷道右幫在監測初期有離層出現，但是10d后離層趨于穩定，最大離層值為23mm。因此可知，巷道圍巖在支護結構的作用下基本處于穩定狀態。

4 結語

軟巖巷道支護的可靠性直接影響礦井的安全開采，通過不同的支護方式來應對不同功能的巷道，以現場量測為主要監測方法來確定巷道的強度是否達到標準運行狀態，監測分析既是對該特殊復合軟巖巷道的研究方法也為更好的研究復合軟巖這一難題提供了可靠的數據；從巷道錨注與非錨注圍巖位移曲線可以看出，非錨注段巷道的頂板、底板和兩幫變形破壞嚴重，圍巖位移明顯大于錨注段，巷道錨注后巷道的頂板、底板和兩幫變形微小，并很快達到了穩定。

參考文獻

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[3] 林登閣，宋克志.跨采軟巖巷道錨注支護試驗研究[J].巖土力學，2002（23）：238-241.

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