大埋深高應(yīng)力巷道掘進(jìn)期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與沖擊地壓防治

王偉強(qiáng)，公維寬

（山東能源新礦集團(tuán)能源協(xié)莊煤礦 ，山東 新泰 271200）

0 引 言

協(xié)莊煤礦已進(jìn)入深部開采水平，由于開采深度增加，巷道掘進(jìn)期間呈現(xiàn)明顯的軟化和弱化現(xiàn)象、圍巖流變大變形趨勢強(qiáng)烈，巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，井巷維護(hù)日趨突出困難，為此必須對大埋深高應(yīng)力狀態(tài)下的軟巖巷道圍巖變形規(guī)律進(jìn)行研究，掌握支護(hù)與變形的作用關(guān)系及巷道的變形特點(diǎn)，采取有效地防治沖擊地壓措施，并有針對性的提出巷道的合理支護(hù)參數(shù)，為協(xié)莊煤礦大埋深條件下的高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。

1 巷道測點(diǎn)的布置及其觀測方法

從巷道的起點(diǎn)開始進(jìn)行表面的位移測量，測量巷道的垂直位移和巷道兩幫的收縮量，并采用“交叉測量方法”。每條測試巷道至少放置一個試驗段，試驗段之間的距離應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況確定，距離可小一些，為5～10m。在難以維持周圍巖石穩(wěn)定性的現(xiàn)有深部區(qū)域，測試部分之間的距離為30～50m/個。在巷道掘進(jìn)的早期階段，測試頻率是1次/天；14天后，變?yōu)槊?天1次；穩(wěn)定后，每周2次。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦壓位移量觀測與分析

圖1為1#、2#和3#觀測點(diǎn)位移量隨時間天數(shù)的變化規(guī)律。可以看出，巷道兩幫移近量較大，累計移近量在230mm左右，頂?shù)装逡平恐械纂枯^大，底臌量在400mm左右，結(jié)合現(xiàn)場宏觀礦壓顯現(xiàn)兩幫肩窩處漿皮開裂、脫落嚴(yán)重。巷道兩幫移近量相對較小，累計移近量在190mm左右，頂?shù)装逡平恐械纂枯^大，底臌量在220mm左右，結(jié)合現(xiàn)場宏觀礦壓顯現(xiàn)兩幫肩窩處有漿皮脫落現(xiàn)象，說明此處受力較。巷道初期變形較大，由于采用跟迎頭一次性支護(hù)，巷道開掘壓力無法釋放，導(dǎo)致漿皮大面積開裂塌落，煤炮聲頻繁，兩幫及頂?shù)装逦灰屏枯^大。

圖1 1#、2#和3#觀測點(diǎn)位移量隨時間天數(shù)的變化規(guī)律

2.2 巷道和圍巖變形規(guī)律分析

圖2 為巷道圍巖變形量與支護(hù)強(qiáng)度的P-u關(guān)系曲線。由P-u關(guān)系曲線可以看出，隨支護(hù)強(qiáng)度的提高，巷道圍巖變形量顯著降低。其中圍巖應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度是決定P-u關(guān)系曲線變化的主要因素，在一定的圍巖應(yīng)力條件下，圍巖愈堅硬，支護(hù)強(qiáng)度對控制圍巖變形的作用愈小。圍巖愈松軟，支護(hù)強(qiáng)度對控制圍巖變形的作用愈大。由此可見，支護(hù)強(qiáng)度的大小對軟巖巷道的圍巖變形產(chǎn)生十分重要的影響。因此，在我礦深部特大埋深條件下，高應(yīng)力軟巖巷道提高支護(hù)強(qiáng)度將有利于控制巷道圍巖變形。

圖2 巷道圍巖變形量與支護(hù)強(qiáng)度的P-u關(guān)系曲線

圖3 巷道圍巖變形量與支護(hù)時間的U-t關(guān)系曲線

圖3 為巷道圍巖變形量與支護(hù)時間的U-t關(guān)系曲線。由U-t關(guān)系曲線可以看出，巷道開挖后，變形逐漸增加。根據(jù)變形速度，可分為3個階段。首先是減速變形階段，其次是是線性恒速變形階段，最后是加速變形階段。當(dāng)圍巖進(jìn)入加速變形階段時，巖石本身的結(jié)構(gòu)重新平衡，出現(xiàn)新的裂縫，使得強(qiáng)度顯著降低。

因此二次支護(hù)最佳支護(hù)時間應(yīng)選擇在圍巖恒速變形階段。

綜上所述，巷道最初的變形可以由巷道兩幫的變形引起的。也就是說，兩幫首先變形，然后頂?shù)装宓木嚯x越來越近。因此，加強(qiáng)對兩幫的支護(hù)是非常重要的。兩幫變形特征：①幫部拱肩處受力較大，漿皮開裂較嚴(yán)重。②兩幫收斂變形190－230mm，超過支護(hù)的允許位移時，承載能力顯著降低。頂板下沉量在28－40mm。底板變形：底臌量大，在220－400mm。

2.3 掘進(jìn)影響期、掘后穩(wěn)定期巷道變化規(guī)律

掘進(jìn)影響期：即在掘進(jìn)開始時，圍巖在挖掘巷道后失去支撐，松動并產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致巖層移動，裂縫變深，礦壓變得明顯，作用時間減少，巷道變形相對較大。當(dāng)巷道掘進(jìn)20～30m以后，距迎頭60～80m，頂板是趨于穩(wěn)定的。

掘后穩(wěn)定期：頂板趨于穩(wěn)定后，圍巖的變形量顯著降低，由于深部高應(yīng)力作用，圍巖以微小的速度不斷產(chǎn)生蠕變，巷道持續(xù)變形，穩(wěn)定性差。

噴錨噴、錨網(wǎng)噴，噴錨網(wǎng)噴、錨噴與高強(qiáng)錨桿一次性支護(hù)三段支護(hù)中，噴錨網(wǎng)噴、錨噴段支護(hù)效果相對較好，高強(qiáng)錨桿一次性支護(hù)從開掘初期巷道變形就異常強(qiáng)烈，漿皮開裂較多。

三段支護(hù)均在拱肩處呈現(xiàn)出錨桿受力大，漿皮也是從拱肩處開始開裂的規(guī)律，因此必須加強(qiáng)對拱肩處的支護(hù)強(qiáng)度。

3 沖擊地壓防治措施

根據(jù)礦壓觀測結(jié)果綜合評價噴錨噴、錨網(wǎng)噴，噴錨網(wǎng)噴、錨噴與高強(qiáng)錨桿一次性支護(hù)，三種支護(hù)方式各自適應(yīng)不同的圍巖條件，在圍巖相對穩(wěn)定條件下，噴錨網(wǎng)噴、錨噴支護(hù)效果較好，在松散軟弱圍巖條件下，高強(qiáng)錨桿一次性支護(hù)更具優(yōu)越性。

建議在深部高應(yīng)力軟巖巷道中，半圓拱形斷面拱肩是關(guān)鍵部位，也極易破壞，因此要確保拱肩處成型園滑，漿體厚度均勻規(guī)整，錨桿支護(hù)質(zhì)量合格，同時在施工過程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）切實(shí)搞好光爆。

2）錨桿的安裝。錨桿是為了增強(qiáng)圍巖的完整性，在層狀巖石中，錨桿應(yīng)垂直于層理面并且不平行于層理面。對于層理面巷道，錨桿應(yīng)垂直于巷道的輪廓線。另外，不同的錨固的工藝和技術(shù)要求是不同的，應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行操作，以確保錨桿與巖層的連接質(zhì)量。

3）二次支護(hù)的時間。二次支撐時間和初始支撐時間必須達(dá)到一定的極限時間，否則周圍的巖石壓力不會完全釋放，使得支撐壓力過大。但是，如果時間間距太長，周圍的巖石可能會受到過度損壞，處于早期階段。支撐體的過度變形不利于整個錨固噴射支撐。根據(jù)礦壓觀察的結(jié)果，巷道變形一般在開掘后幾天至十天內(nèi)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，每條巷道必須根據(jù)具體情況進(jìn)行變形監(jiān)測以確定最佳的二次支護(hù)時機(jī)。

4 結(jié) 論

本文分析了礦壓觀測，分析巷道和圍巖變形規(guī)律，給出沖擊地壓防治措施，保證了大埋深高應(yīng)力巷道掘進(jìn)期間的巷道穩(wěn)定性，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，對具有相似條件的煤礦也具有一定的參考價值和意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。