深部高應力軟巖巷道圍巖變形破壞常見問題及控制措施探析

（西山煤電股份有限公司西曲礦 山西 030200）

引言

隨著煤礦開采深度的不斷增加，巷道圍巖出現的大變形破壞問題更加突出，已經成為制約煤礦深部開采的重要因素，不僅支護成本增加明顯，同時支護效果也相對不佳，制約了煤炭行業現代化發展質效。因此，對深部高應力軟巖巷道圍巖變形破壞常見問題及控制措施進行分析有著較為重要的意義。

1.深部高應力軟巖巷道圍巖變形破壞常見問題

從深部巷道支護實踐來看，圍巖變形破壞較難控制的問題非常突出，主要表現為，巷道圍巖變形表現出較強的蠕變性，很多巷道圍巖在支護之后，整體處于長時間的變形狀態，增加了巷道支護難度。同時，巷道圍巖變形破壞的范圍相對較大，很多巷道圍巖出現了交叉層狀破壞的問題，增加了巷道圍巖穩定性控制難度。此外，從設計的深部巷道支護方案來看，過多強調剛性支護的問題突出，不僅增加了巷道支護成本，取得的支護效果也相對不佳。在支護施工中，也存在并沒有嚴格按照支護設計進行施工的問題，影響到支護效果。

2.深部高應力軟巖巷道圍巖變形破壞機制

(1)高應力大變形破壞

從深部巷道支護實踐來看，在深部巷道支護中，巷道圍巖面臨的應力狀態相對于淺部巷道更為復雜，橫向應力已經成為最大主應力，圍巖內部通常情況下均積攢有較大彈性能量，在巷道開挖后，原巖應力狀態被打破，巖石內部積攢的能量被瞬間釋放，導致圍巖出現了明顯的沖擊大變形、流變大變形，對巷道正常使用帶來較大負面影響。大量實踐表明，在深部高應力條件下，開挖支護14d內，巷道斷面變形量超過了500mm，底鼓量更大，部分可達到1m以上，這些均與高應力條件有著直接的關系。

(2)結構面錯動變形機制

由于在深部開采中，各種類型地質因素更為復雜，巷道圍巖節理裂隙發育相對較多，特別是很多巖層之間存在明顯的層理不整合問題，再加上地下水影響，很多結構面出現了嚴重弱化，在巖層之間形成了軟弱夾層，在水平應力作用下，這類軟弱夾層非常容易出現錯動變形，再加上巖層內部存在的擠應力，巖層出現撓曲離層變形概率較大，很多巷道也因此出現了大面積底鼓、兩幫明顯收斂、頂板嚴重下沉等問題，表現出明顯的不對稱變形、差異性變形。見圖1所示。

圖1 巷道圍巖出現的錯動變形

(3)巷道受采動影響出現大變形破壞

從深部巷道支護實踐來看，巷道受到多次開采擾動后，對巷道所處位置的原始應力場影響明顯，在擾動應力場的影響下，不論是開掘大巷還是開采巷道均容易出現應力集中的問題，特別是在支護較為薄弱的位置，將會出現明顯的變形破壞，在開采擾動交替作用下，這種影響更為明顯，松動破壞范圍將會進一步增大，非常容易出現大面積巖體失穩問題。在開采巷道中，超前支撐力的存在會對巷道圍巖應力場產生直接影響，其中，垂直應力增加量和底板水平應力增加量在底板中進行傳導時，將呈現出異步的特點，見圖2，巷道整體出現較大范圍的環向應力，變形速率兩幫要明顯超過頂板和底板，導致巷道的底板和頂板將會出現鄰空長度明顯增加的問題，失穩問題隨之發生。

圖2 深部高應力巷道環向應力變化曲線

(4)巷道支護體與圍巖結構之間不協調

在深部巷道支護中，巷道穩定性受到外界影響較大，采動影響、松軟圍巖、高應力等復雜條件給巷道穩定性帶來了較大的影響，在進行支護時，若僅僅沿用傳統的支護方式，例如，錨噴支護、U型棚支護等單一的支護方式，支護效果不夠理想。同時，從深部巷道來看，在深部巷道圍巖控制方案中，雖然設計采用了多種類型的支護方式，但是若對支護結構和圍巖之間的作用力協調性不注重，那么在圍巖變形的過程中，支護體將會表現出明顯的不適應問題，影響到對圍巖變形的控制。從深部支護實踐來看，巷道圍巖和錨網之間強度不協調的問題明顯，尤其是金屬網剛度偏低的短板較為突出，導致支護整體性非常差，錨桿在過高載荷的作用下被拉斷，圍巖也表現出明顯的不規則變形。從使用金屬支架的支護來看，結構不協調的問題突出，導致大變形巷道內出現了相對較高的塑形不能實現有效釋放，局部會出現應力集中的問題，最終導致金屬支架出現了斷裂破壞或者扭曲，最終巷道圍巖出現失穩。

3.增強深部高應力軟巖巷道圍巖變形破壞控制效果的相關措施

(1)注重提升圍巖整體性，增強圍巖自我承載能力

在深部巷道開挖之前，很多圍巖已經處于塑形或者潛塑形狀態，在開挖之后，又會出現松動破裂問題，選擇使用錨網支護、注漿加固、錨索支護等支護措施，實現對巷道圍巖的主動加固，更好保證圍巖整體性，增強圍巖極限承載能力，改善圍巖應力狀態，將圍巖自身承載能力最大限度的發揮出來，這對于提升圍巖整體穩定性，有效控制圍巖變形有著明顯的作用。特別是在進行圍巖初次支護時，對于應力集中程度應當針對性的降低，推動圍巖特別是淺部表層圍巖應力狀態從雙向應力狀態轉變為三向應力狀態，推動圍巖在可控的范圍內適當讓壓，釋放圍巖內部蘊含的地質能量。

(2)注重把控支護時機

在深部巷道支護中，很多情況下出現了圍巖變形不受控制的問題，與支護時機把控不到位有著直接的關系，因此，在進行深部巷道圍巖支護時，更應當注重對支護時機的把控，特別是一次支護和二次支護時機必須做好精準把握。在一次支護時，應當推動圍巖適當進行讓壓，二次支護強調將一次支護作為基礎，進行針對性的強化支護，二次支護時機的把控非常關鍵，通常情況下，需要根據圍巖變形監測，確定二次支護時機。

(3)注重增強支護結構整體性

在深部圍巖支護中，全面提升支護結構整體穩定性非常重要，對于剛性支護、柔性支護的聯合作用應當最大限度的發揮出來，在巷道開挖的初始階段，應當注重使用高強度、高預應力的錨桿、錨索對巷道初期的變形進行最大限度的限制。在對應力進行調整之后，可選擇使用U鋼支護，將U鋼支架可縮性、高強度等特點充分發揮出來，推動巷道圍巖更好保證穩定。此外，整個過程中應當強化對施工過程的監管，更好增強施工整體質量，構建出巷道圍巖變形監測、圍巖應力監測制度，對各種類型的信息及時進行反饋，特別是針對當前深部巷道支護中出現的巷道兩底角支護難題，可選擇使用底板錨索鉆機配合新型錨索支護機具等，更好保證深部巷道支護效果。

4.結束語

綜上分析，當前很多煤礦面臨著較為明顯的支護難題，在深部巷道支護中出現了較為突出的支護方案與支護需求不匹配的問題，不僅增加了開采成本，也帶來了較大的安全隱患，因此，這就需要煤礦充分認識到做好深部巷道支護的重要性，結合煤礦深部開采實踐實際，注重各個支護體之間的耦合性，更好滿足深部巷道支護需求。