試論采礦工程中煤礦深部巖巷圍巖穩定與支護對策

王余銀

摘 要：近年來，隨著我國經濟發展速度不斷加快，部分煤炭企業礦井的淺部煤炭資源開發殆盡，礦井開采活動逐漸向井田深部轉移。而隨著開采深度的增加，井下巷道圍巖應力也在不斷增加，經常會出現巷道底鼓以及巷道變形的情況，導致圍巖條件變得越來越復雜，不僅對圍巖的穩定性和安全生產造成了嚴重影響。同時也給支護工作帶來了極大的壓力，不利于井下煤礦開采工作的正常開展。因此，做好深部巖巷圍巖支護工作，提高圍巖的穩定性對保證井下煤礦開采工作的順利進行有著重要的意義。本文首先對煤礦深部圍巖穩定性控制理論進行了簡單闡述，分析了圍巖穩定性的控制要點，最后提出了提高煤礦深部巖巷圍巖穩定性的對策，為保證煤礦生產安全提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦深部巖巷;圍巖;穩定性;支護

0 引言

改革開放以來，我國工業化發展速度不斷加快，對煤礦資源的需求也在日益上升。隨著開采不斷地深入，如何保證巷道圍巖穩定性成為了當前的難題。雖然當前的巷道支護方式有很多，但是各種支護方式多少存在一些缺陷和問題，對于煤礦深部巷道來說，如果支護方式不合理，支護措施形同虛設。那么巷道中的變形及破壞問題極容易導致巷道的崩塌，所以需要對這些變形和破壞進行反復的維護和翻修，導致支護成本大大增加。同時也極大地影響了煤礦開采的進度，對煤礦開采工作的安全生產和經濟效益帶來了不良的影響。

1 煤礦深部圍巖穩定性控制理論

從力學角度來分析，巖體自身強度以及變形性質是影響煤礦深部巖巷圍巖穩定性的決定性因素。此外，其穩定性還在一定程度上受到圍巖自身應力的影響。圍巖體本身主要包括兩個部分，分別是結構面和巖石骨架。在煤礦深部的圍巖，經過長年的發展以及受到高壓的影響，自身骨架強度已經變得非常大，所以，真正能夠對圍巖強度和變形性質造成影響的主要是結構面[1]。為了能夠進一步保證煤礦深部圍巖的穩定性，應當從圍巖的結構面以及受到的應力狀態著手。在進行開挖時，煤礦深部巖巷圍巖體受到的應力會發生改變，圍巖自身的穩定狀態也會受到影響，雖然在剛開始受到的影響較小，但是隨著開挖工作的持續進行，圍巖側壓降低，應力開始轉向巷道，會使巷道周向應力明顯增加。一般情況下，對于800m左右深度的巷道來說，近表圍巖圍壓卸荷大概為20MPa，巷道周向應力大概為60MPa，受到巨大應力的影響，會使圍巖劣化速度以及裂縫擴散速度不斷加快，最終使圍巖失去穩定性。因此，在開挖巷道后應當及時采取支護措施，從而使圍巖的穩定性得到有效保證。

2 煤礦深部巖巷圍巖穩定與支護的要點

2.1 盡量維護圍巖體殘余強度

通常情況下，當巷道內水和風化對圍巖產生影響后，圍巖自身強度必然會出現下降趨勢。所以，在開挖巷道后要立即進行混凝土的噴射，封閉好圍巖表面，避免圍巖發生潮解和過度風化，減少圍巖強度的損失。在實際施工時，應當選擇光面爆破的方式，能夠使圍巖強度得到進一步的維護。

2.2 提升圍巖殘余強度

（一）將支護阻力提高。通過將支護阻力提高，能夠有效改善圍巖受到的應力。在開挖巷道之后，應當及時做好主體支護結構，利用支護的方式改變過去圍巖的兩向應力狀態，讓其往三向應力狀態進行轉變，從而使圍巖的強度得到提升。（二）錨桿支護加固圍巖。有研究表明，對于已經發生破碎的圍巖，利用錨桿能夠在一定程度上提升圍巖的殘余強度，讓其形成錨固層，提高整體的承載能力和可塑性。隨著錨桿錨固力的增加和密度的提升，錨桿加固的作用也會更加明顯[2]。（三）注漿加固。如果巖體破碎情況比較嚴重，采用錨桿無法起到較好的加固效果，那么可以考慮采用注漿加固，有效提升破碎圍巖的強度。

2.3 將圍巖自身承載能力發揮出來

（一）全斷面支護。在煤礦深部巷道支護中，其承載的壓力大多數都是圍巖變形壓力，此壓力主要來自巷道的四周與底板。在巷道支護中，底板的支護環節相對較為薄弱，如果支護不當容易發生底鼓情況，會降低整體支護結構的承載力，無法發揮支護效果，所以在支護過程中要求做到全斷面支護。（二）可縮性支護。由于巷道支護中，受到的荷載大多數來自于圍巖變形壓力，所以一旦變形壓力過大，普通的剛性支護就無法起到支護作用，整個支護結構也就無法發揮支護效果，無法將圍巖的承載能力發揮出來。但是可縮性支護的應用可以有效解決這種問題，當圍巖承載力低于變形壓力時，支護體通過可縮讓壓，有利于減少支護結構的受力情況，所以在巷道支護中，針對主體結構要選擇錨噴網支護等可縮性支護[3]。（三）二次支護。由過去的經驗以及理論得出，在煤礦深部巷道僅僅采用剛性支護很難起到較好的支護效果。在進行支護工作的前期階段，由于巷道變形速度較快，變形量也比較大，僅采用一次支護很難滿足變化過程，所以為了使圍巖的變形特征需求得到滿足，還需要采取二次支護的方式。在實際支護中，要對二次支護時間進行充分掌握，應當在圍巖變形穩定后選擇最佳的支護時間，具體還要以工程監測數據作為參考進行合理選擇。

3 提高煤礦深部巖巷圍巖穩定性的支護對策

3.1 錨桿支護技術

錨桿的特性主要包括四種，分別是：錨固點高、剛度高、強度高以及預拉力高。在實施錨桿支護技術的過程中，要著重對錨桿四個特性的運用予以重視，不同的特性在實際應用過程中發揮的作用也不相同。通過不斷提高預拉力，能夠使錨固內部巖層離層得到減小，從而在巷道表面建立承載殼結構，或者在巷道頂板位置建立梁結構，將巷道上方的應力向巷道側面進行轉移，有利于對巷道頂板穩定性的維護，并且可以更好地發揮控制片幫的作用;錨桿支護強度較高時，可以做到高阻讓壓，有利于圍巖穩定性的控制;錨固材料組件剛度越高，越有利于擴散螺栓的荷載，同時對于強烈動壓有著較好的抵抗作用，能夠有效控制巷道圍巖的變形。見圖1。

3.2 注漿錨索加固技術

注漿錨索加固技術的應用，能夠改善圍巖的物理學性能，能夠使圍巖穩定性得到一定程度的提高。在進行圍巖加固時，利用注漿的方式充實圍巖弱面，能夠讓其與圍巖巖體膠結成為一個整體，使圍巖的受壓能力以及穩定性得到有效的提高。合理運用注漿錨索加固技術，還能夠有利于支護成本的節省，注漿加固支護體位置的不同，產生的作用也存在著一定的差異。同時，利用注漿錨索可以隔離水域空氣，能夠對圍巖縫隙起到較好的密封效果，還可以對圍巖縫隙進行填充。通過建立組合拱結構的方式提高圍巖的承載范圍和承載力，對于破碎圍巖也能夠起到膠結的作用，有利于圍巖整體穩定性的提升[4]。此外，注漿錨索加固技術可以均勻分布支架與噴層的荷載，能夠更好地承載受到的應力。

3.3 巖巷幫頂協同支護

深部巖巷幫頂支護技術是保證巷道圍巖穩定性的主要支護技術之一，而巖巷幫頂協同支護技術是在此技術基礎上建立的。在實際運用過程中，要求各子系統之間進行協同支護，以整體協同為目標，對錨固參數進行深度優化，使錨固結構物理學性能得到一定程度的提升。通過應用巖巷幫頂協同支護技術，能夠對巷道圍巖錨固結構的應力狀態進行有效改善，使集中應力下降，有利于減少圍巖變形情況的發生。另外，深部巖巷幫頂協同支護技術可以使錨固結構的抗變形能力得到提升，進一步穩定錨固結構，在實際運用過程中能夠為保證圍巖穩定技術的應用效果提供有效支持。

3.4 底板主動卸壓

卸壓能力的高低不僅受到開巷間隔時間的影響，同時與卸壓槽的形狀、寬度、深度以及方向有著緊密的聯系。在運用底板主動卸壓技術的過程中，底板中部卸壓槽能夠改善底板應力的分布情況，將底板應力轉移到圍巖深層，從而減少巷道淺層圍巖受到的應力[5]。由于巷道淺層圍巖應力的降低，使得巷道變形以及毀壞情況能夠得到更好的控制，有利于提升巷道圍巖的承載能力。

4 結語

綜上所述，隨著社會的持續發展，對煤礦資源的需求也在不斷增加，在深部煤礦開采過程中，為了有效解決巷道圍巖出現的變形及破壞問題，應當采取科學有效的支護措施，通過采取錨桿支護技術、注漿錨索加固技術、巖巷幫頂協同支護以及底板主動卸壓等措施，能夠有效提高圍巖的穩定性和支護效果，促進煤礦開采工作的順利進行，提高煤礦開采的產量以及經濟效益。

參考文獻：

[1]張小磊.煤礦深部巖巷圍巖穩定和支護技術探究[J].內蒙古煤炭經濟， 2017（34）：48-49.

[2]蔡峰.深部泵房吸水井硐室群圍巖穩定性一體化控制技術[J].煤礦開采， 2017，22（1）：60-64.

[3]任立武.煤礦深部軟巖巷道綜合支護技術[J].工業設計， 2017（12）：126-127.

[4]黃肖，阮懷寧，王小偉，等.不同側壓系數下深部軟巖巷道穩定性分析及控制[J].中國煤炭，2018，44（7）：62-66.

[5]佚名.深部煤礦巷道等強梁支護理論模型及模擬研究[J].煤炭學報， 2018，43（z1）：1-11.