高地壓隧道卸壓槽與柔性支護防沖擊地壓技術

趙謙

摘 ? 要：沖擊地壓是深部井巷工程最嚴重的自然災害之一。通過在完整的巷道底板開鑿卸壓槽，人為地形成應力集中點，并在卸壓槽內充填和巷道表面噴涂新型柔性材料，使開巷道施工過程中巖石中聚集的壓能得到逐步釋放，從而避免了破壞性沖擊地壓的發生，表明卸壓槽與新型柔性材料相結合的工藝對防止巷道沖擊地壓是非常有效的工藝。

關鍵詞：沖擊地壓 ?卸壓槽 ?柔性材料

中圖分類號：TD713.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0063-03

Abstract： By digging a pressure relieve groove along the two sides of the floor of a laneway and supporting the ceiling and side wall of the laneway with a newly developed soft material， sudden collapse of the rock during deformation is avoided， rock burst is thereby prevented successfully.

Key Words： Tension relief groove; Rock burst; Soft material

沖擊地壓是深部井巷工程最嚴重的自然災害之一。自1738年世界上首次有記錄的沖擊地壓事故發生在英國南部斯塔福煤田以來，沖擊地壓事故記錄頻繁發生，世界上幾乎所有采礦國家都有發生。我國沖擊地壓是世界上發生頻繁，災害后果最為嚴重的國家。隨著開采深度和開采強度的增加，沖擊地壓災害越來越嚴重。近幾年來發生沖擊地壓的大型礦井己達數百個。

沖擊地壓是由于應力超過煤巖體強度而產生破裂。沖擊地壓發生時巖石的應力和變形都發生突變。某項目隧道處于高山底部，其圍巖比較堅硬，在施工過程中引起原始應力狀態破壞后，巷道頂底板不易發生緩慢的屈服，而是在應力達到其破壞強度以上時發生破壞性的突變，兩幫巖石拋出，底板鼓起，支護嚴重損壞，造成沖擊地壓災害，對安全生產構成嚴重威脅。經過綜合治理，沖擊地壓強度和頻度雖有明顯下降，但仍時有發生。防止沖擊地壓發生，減少巷道底鼓現象，對保障礦井安全，減少巷修工程量，提高生產效率都有重要意義。

但截止到目前，沖擊地壓的防治仍然以經驗為主，缺乏有效的理論指導。防治破壞性沖擊地壓的發生，要較準確地預測沖擊地壓可能發生的位置和時間，然后采取適當措施解除其威脅。為有效預防巷道沖擊地壓，減少巷道底鼓而對生產造成影響，保證巷道的支護強度和使用功能，開展了卸壓槽防沖和柔性支護相結合，以減少巷道變形的研究，研究了卸壓槽防沖的參數及其效果。

1 ?卸壓槽布置及巷道支護方案

某巷道為砂泥巖巷道，順層布置，其寬為3.3m，高度為3.35m，采用錨網支護。巷頂部設三排錨桿，長度為1.95m，兩幫各三排錨桿，長1.85m。鋪設金屬網范圍為兩幫距底板1.65m以上及頂板。

在距離其約30m有一地下工程正在施工，由于兩工程距離近，形成的動壓引起該巷道變形，并出現沖擊地壓現象。為減少沖擊地壓危險，在巷道底板兩側布置卸壓槽試驗段。卸壓槽距離巷幫約50cm，長度約為60m，深1m，槽寬325mm。巷幫采用ABT高效復合材料噴注，其外部混凝土噴漿處理。ABT高效復合材料為柔性材料，在強大礦壓作用開變形，但不易破壞其外部的噴漿層。

卸壓槽內同樣充填ABT高效復合材料，這樣即使卸壓槽發生形變，其周邊的巖石也不會破壞，可有效保護巷道。巷道支護及卸壓槽形狀與具體位置見圖1。

巷設立卸壓槽觀測站，對其施工過程中巷道的變形和壓強變化情況以及該段巷道內的應力變化進行觀測，研究卸壓槽的防沖效果。

為研究卸壓槽防沖及緩解底鼓效果，觀測卸壓槽在不同采位時的槽橫向寬度、縱向深度值，以及卸壓槽內橫向壓強值。在1#、2#槽內各布置兩個測點，每個測點布置一套縱、橫向位移和一套壓力檢測裝置，用來監測槽內位移和壓強的變化值（監測裝置布置方式見圖2）。

2 ?巷道觀測結果

卸壓槽觀測于2016年10月13日開始，至2017年1月28日結束。在此期間，觀測巷道頂板下沉量小于50mm，巷幫變形也較小，沒有發生巷道冒頂、片幫現象及沖擊現象。同時，分別對兩個卸壓槽進行定量測定，共取得146組觀測數據。觀測結果如圖3～圖4所示。

圖3左圖為1#卸壓槽1#測點側向壓力隨其與采面距離之變化曲線，從圖可以看出，日工作面采至距槽204m時，側向壓強值突變為2MPa，隨后壓強值逐漸增加，2月13日采面距1#卸壓槽67.2m時，壓強值增長為13MP，其后壓強表值又降為12MPa。其縱向變形量最大值為-17mm，變形率為1.77%，橫向最大變形量為-12mm，變形率達3.72%。圖3右圖為1#卸壓槽1#測點側向壓強與其與采面距離之間關系圖?？梢妭认驂毫﹄S采位與槽位距離呈臺階狀變化，即壓力一步一步地升高到極大值，這一變化規律與采場支承壓力的變化相同。

1#卸壓槽縱向變形直至1月26日采面距槽14.3m時，才發生較大變化，卸壓槽中部縱向變形量-10mm，卸壓槽中部橫向變形量較小，最大值為-2mm。側向壓強呈臺階狀上升，最大值為13MPa。

圖4為2#卸壓槽壓強及變形量的變化曲線，可見2#卸壓槽1#位縱向變形量較明顯，16年12月4日當采面距2#卸壓槽201.7m時，卸壓槽縱向測桿減小10mm，隨后保持不變，到2017年1月20日，當采面距2#卸壓槽67m時，卸壓槽縱向測桿突然減小30mm，橫向最大變形量為-5mm。側向壓強最大值為13MPa。2#卸壓槽縱向變形量最大值為-15mm，橫向最大變形量為-23mm;側向壓強最大值為15MPa。

3 ?結果分析

開掘卸壓槽后，沒有出現工作面以往常出現的底鼓現象，卸壓槽內充填和巷道表面覆蓋了柔性材料后，盡管巷幫變形，但不會出現片幫和巷道“炸幫”現象，也沒有出現沖擊地壓現象，說明卸壓槽與柔性支護結合的工藝起到了良好的防沖作用。

從卸壓槽內壓強和形變的監測結果（圖3～圖4）看：隨著測點接近工作面，卸壓槽內壓強呈臺階狀增加，最大值在13～15MPa之間，遠小于未設卸壓槽處的最大地應力，說明卸壓槽有效地防減少了開采中的應力集中。隨著測點與工作面距離不斷減少，卸壓槽內的變形亦呈階梯狀增加，由于采用柔性支護，巷幫不會發生崩塌，僅發生一系列小的破壞與形變，吸收了巷道集中的壓能，從而有效防止了應力過度集中引起沖擊性破壞。

4 ?結語

卸壓槽與新型柔性材料支護相結合，在完整的巷道底板開鑿卸壓槽，人為地形成應力集中點，使開采引起巷道地壓增加過程中，使巖石中聚集的壓能得到逐步釋放，從而避免了壓強增大超過了巷道圍巖強度而突變形成破壞性的沖擊地壓。工程應用表明，卸壓槽與新型柔性材料相結合的工藝對防止巷道沖擊地壓是非常有效的工藝。

參考文獻

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