大埋深高應力巷道掘進期間礦壓顯現規律與沖擊地壓防治

王偉強，公維寬

（山東能源新礦集團能源協莊煤礦 ，山東 新泰 271200）

0 引 言

協莊煤礦已進入深部開采水平，由于開采深度增加，巷道掘進期間呈現明顯的軟化和弱化現象、圍巖流變大變形趨勢強烈，巷道礦壓顯現明顯，井巷維護日趨突出困難，為此必須對大埋深高應力狀態下的軟巖巷道圍巖變形規律進行研究，掌握支護與變形的作用關系及巷道的變形特點，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參數，為協莊煤礦大埋深條件下的高應力軟巖巷道支護提供科學的依據。

1 巷道測點的布置及其觀測方法

從巷道的起點開始進行表面的位移測量，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根據現場情況確定，距離可小一些，為5～10m。在難以維持周圍巖石穩定性的現有深部區域，測試部分之間的距離為30～50m/個。在巷道掘進的早期階段，測試頻率是1次/天；14天后，變為每2天1次；穩定后，每周2次。

2 結果與討論

2.1 礦壓位移量觀測與分析

圖1為1#、2#和3#觀測點位移量隨時間天數的變化規律。可以看出，巷道兩幫移近量較大，累計移近量在230mm左右，頂底板移近量中底臌量較大，底臌量在400mm左右，結合現場宏觀礦壓顯現兩幫肩窩處漿皮開裂、脫落嚴重。巷道兩幫移近量相對較小，累計移近量在190mm左右，頂底板移近量中底臌量較大，底臌量在220mm左右，結合現場宏觀礦壓顯現兩幫肩窩處有漿皮脫落現象，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，巷道開掘壓力無法釋放，導致漿皮大面積開裂塌落，煤炮聲頻繁，兩幫及頂底板位移量較大。

圖1 1#、2#和3#觀測點位移量隨時間天數的變化規律

2.2 巷道和圍巖變形規律分析

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

圖3 巷道圍巖變形量與支護時間的U-t關系曲線

圖3 為巷道圍巖變形量與支護時間的U-t關系曲線。由U-t關系曲線可以看出，巷道開挖后，變形逐漸增加。根據變形速度，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。當圍巖進入加速變形階段時，巖石本身的結構重新平衡，出現新的裂縫，使得強度顯著降低。

因此二次支護最佳支護時間應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，然后頂底板的距離越來越近。因此，加強對兩幫的支護是非常重要的。兩幫變形特征：①幫部拱肩處受力較大，漿皮開裂較嚴重。②兩幫收斂變形190－230mm，超過支護的允許位移時，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 掘進影響期、掘后穩定期巷道變化規律

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

掘后穩定期：頂板趨于穩定后，圍巖的變形量顯著降低，由于深部高應力作用，圍巖以微小的速度不斷產生蠕變，巷道持續變形，穩定性差。

噴錨噴、錨網噴，噴錨網噴、錨噴與高強錨桿一次性支護三段支護中，噴錨網噴、錨噴段支護效果相對較好，高強錨桿一次性支護從開掘初期巷道變形就異常強烈，漿皮開裂較多。

三段支護均在拱肩處呈現出錨桿受力大，漿皮也是從拱肩處開始開裂的規律，因此必須加強對拱肩處的支護強度。

3 沖擊地壓防治措施

根據礦壓觀測結果綜合評價噴錨噴、錨網噴，噴錨網噴、錨噴與高強錨桿一次性支護，三種支護方式各自適應不同的圍巖條件，在圍巖相對穩定條件下，噴錨網噴、錨噴支護效果較好，在松散軟弱圍巖條件下，高強錨桿一次性支護更具優越性。

建議在深部高應力軟巖巷道中，半圓拱形斷面拱肩是關鍵部位，也極易破壞，因此要確保拱肩處成型園滑，漿體厚度均勻規整，錨桿支護質量合格，同時在施工過程中，還應注意以下幾點：

1）切實搞好光爆。

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

3）二次支護的時間。二次支撐時間和初始支撐時間必須達到一定的極限時間，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。根據礦壓觀察的結果，巷道變形一般在開掘后幾天至十天內趨于穩定狀態，每條巷道必須根據具體情況進行變形監測以確定最佳的二次支護時機。

4 結 論

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