淺談井下地質構造對巷道支護的影響

趙向陽

(山西省宏廈第一建設有限責任公司，山西 陽泉 045008)

0 引言

在井下巷道掘進的過程中經常會遇到各種特殊類型的地質構造，這些地質構造的特殊性往往會對巷道支護作業造成很嚴重的影響。在所有類型結構中，褶皺是井下最常見的地質構造類型。在巷道掘進的整體過程中往往會伴隨著一些能量的釋放，而當能量的釋放超過一定范圍之后，就會使得整體的巷道支護難度變大，相關作業人員的安全也會受到非常嚴重的威脅。在整體井下巷道支護的過程中，即使在大范圍內更好地進行錨桿支護的操作，也仍然會發生變形。因此需要根據井下地質構造對巷道支護的影響進行全面地分析，希望能夠更好地給大家提供意見和建議。

1 巷道支護的作用和材料

1.1 巷道支護的作用

巷道支護的目的是為了更好地緩和和減少圍巖的移動，在生產活動的過程中更好地防止巷道斷面不過度縮小，同時通過有效阻止圍巖的移動來使得巷道的斷面不容易縮小[1]。要想讓巷道支護的效果變得更好，主要取決于支架本身承載能力的大小、圍巖的性質、支架力學的性質、支架設置的密度和支架安裝的時間等因素。

1.2 巷道支護材料

煤礦巷道的支護材料從木支護、型鋼支護過渡到了錨桿支護。從使用的頻率和效果來看，錨桿支護是最經濟有效的支護，它不僅能夠有效地降低支護本身的使用效果，而且也能夠降低支護使用的成本，同時減輕勞動工作強度，最終為煤礦的安全生產奠定良好的條件。

2 常見的地質構造類型

2.1 小斷層

在煤礦作業的整體過程中，小斷層是一種最常見的井下地質構造，這種地質構造類型對于巷道支護將產生非常重要的影響。發生小斷層最明顯的標志是煤層的頂板發生位移或者位移變得非常明顯。在此過程中，煤層的厚度也在慢慢減小，而尖滅的現象也將越來越明顯。隨著巷道的不斷延生，其煤層的厚度又將慢慢變大，最終出現相關的現象。如果在巖石層的中間發生了揉皺的現象，通常就表明地質構造發生了變化，這對巷道支護將產生非常嚴重的影響。

2.2 復合頂板

在整個煤層的結構中，直接頂、偽頂和老頂是3種主要的頂板結構。而且在煤層的頂板中普遍存在著多處的薄煤線。通常情況下，不管是何種頂板結構都會直接存在于直接頂和偽頂的接觸面中。另外，復合頂板主要是由薄巖層和煤線一起組成的。如果在整個復合頂板的結構內部加入適當的巷道支護，如果不及時處理的話，勢必會對整體結構產生影響。所以，如果想要順利地開展巷道支護的工程，就一定要對整個復合頂板的施工過程進行充分高度的重視。

2.3 小褶皺

小褶皺是最能夠影響巷道支護的一種重要現象。特別在巷道支護的過程中，小褶皺發展得相當頻繁。在整體煤礦掘進和挖掘的過程中，煤礦頂板的主要構造為撓曲的構造，整體構造具有非常大的規模，而且內部的形狀特征也會變得非常不規則，最終會出現巷道周圍支護煤礦層發生變形的現象，甚至在整個操作的過程中出現冒頂的現象。在整體煤礦掘進的過程中，小褶皺的發生通常會給巷道支護造成很大的影響[2]。對于煤礦的巷道人員來說，如果遇到小褶皺現象的話，尤其要及時地避開，并及時結合有效的解決方法來更好地解決相關的問題，最終才能夠使得巷道支護更加順利地進行。

3 構造對巷道的影響與實例分析

3.1 構造應力對巷道支護的影響

在地質構造對巷道支護整體影響的過程中，構造應力的存在也會在很大程度上更加廣泛地對巷道產生影響。構造應力的產生對于巷道的掘進、支護和其他所有的環節都會產生影響。因為在整體巷道采掘的過程中，尤其容易發生冒頂和片幫的現象，因此整體巷道的掘進不僅難以順利進行，而且巷道的掘進往往難以成型。受地質條件的影響，巷道支護的方式也會因此產生問題，所以非常容易產生錨桿與錨索斷裂的行為。在整體操作的過程中，頂板和兩幫都會發生劇烈的位移。在采動應力和構造應力雙重作用下，巷道在操作過程中的影響也會由此進一步增強。如果此時沒有對支護的參數進行全面有效的設置，支護的應力場將很難繼續維持下去，如果任其發展下去，其巷道本身的變形情況將會越來越嚴重，最終就會引起巷道損毀和對地壓的沖擊，最終引發事故。因此在考慮地質構造對巷道支護所產生的影響時，其中最重要的是應該把構造應力對巷道的影響考慮進去。

3.2 實際案例分析

某煤礦的回采面為東翼首采區的回風巷，當巷道通過背部斜軸的區域作業到1 200 m的時候，上部的圍巖就會發生破裂，頂板也出現了沉降的現象。在整體操作的過程中，多處錨桿也就會發生斷裂。經過檢測，這是因為構造區的應力支護需求發生了變化，支護工藝沒有辦法很好地滿足需求所導致的。因此借助相關模擬的手段提出了加強支護的方案。原來整個巷道支護的頂部的錨桿長度為2 400 mm，直徑為22 mm，極限的拉力值為260 N·m，延伸率為20%。在整體加工的過程中主要是通過樹脂對錨桿進行加工，再對其預應力控制在500 N·m，把錨桿的間排距控制在1 000 mm×1 000 mm，并選擇W型鋼帶進行加強支護，巷道支護如圖1所示。

圖1 巷道支護布設示意圖

從圖2中可以看出，在原巷道支護方式的操作下，頂板下沉的總量大概在400 mm左右，巷道兩邊的距離為420 mm。在使用了新的支護方式之后，巷道周圍巖石移動的變形量將呈現大幅度縮短的態勢，這充分表明如果選擇了新的支護方式，其巷道移動變形將能夠得到更加有效的控制。

圖2 新支護方式應用前后的效果對比圖

4 遇到構造的注意事項

4.1 正斷層掘進

當煤礦掘進的過程中，斷層出現在人們的視野中時，如果煤層頂板突然出現上升趨勢，而后冒頂，又或者在掘進的過程中，斷層突然出現在視野中而煤層的頂板突然出現下降趨勢的話，此時就要注意做好過斷層的準備。如果需要掘進的話，尤其要注意防止出現冒進或者其他的風險。值得注意的是，在過斷層的過程中尤其要充分利用帶網支護，必要時注漿加固，這樣才不會使得其在支護的過程中出現塌方。

4.2 頂板撓曲構造

一旦遇到撓曲構造，就要對其構造的特別進行全面的觀察，之后再全方位地做好預防的工作[3]。如果在整體的過程中出現煤層的傾斜角度不斷加大的情況，就應該尤其注意采用錨索鉆機來全面探查煤層頂部本身的情況，在這個基礎上在做好加密支護的工作。

5 結語

要讓井下煤礦生產更加安全高效和持續地開展，尤其應該重視巷道支護的工程。在巷道支護的過程中，不斷會遇到包括斷層、褶皺和復合頂板的情況，因此在進行巷道支護的過程中科學的設計顯得尤為重要。相關的煤礦管理人員尤其應該注意先對井下地質構造進行全面地分析，然后再全方位地設計支護，只有這樣才能夠有效地保持礦井生產安全。