深井條件下礦山掘進巷道變形分析及控制技術研究

王祖鱗

（安徽理工大學礦業工程學院，安徽 淮南 232001）

杜貝舉等[1]為解決深井高應力軟弱掘進巷道大變形破壞的支護難題，采用現場調研實測、礦物力學實驗和理論分析相結合的方法對巷道破壞特征與變形機理進行研究。康紅普等[2]針對礦山千米深井、軟巖、強采動巷道圍巖大變形難題，結合相關工程背景，分析了巷道變形、支護構件失效原因。

本文以某礦140502運輸平巷為研究背景，在原有的支護方式上提出對巷道進行注漿加固以及采用錨桿索對巷道圍巖進行補強支護，并運用地質雷達探測技術對補強支護后的巷道進行巷道圍巖松動圈測定，以及頂板離層儀監測，得到巷道圍巖松動圈范圍，頂板離層量較小，巷道圍巖變形得到有效的控制，使140502運輸平巷能夠安全使用，對千米深井圍巖支護具有一定借鑒意義。

1 工程地質條件

140502 工作面位于-967m水平1405采區，是1405采區的第一個工作面。該工作面南起西翼開拓巷道，北至5號礦防砂礦柱線，東臨DF23斷層，西臨25勘探線。工作面采用傾向長壁布置。風巷設計傾向長1750m，其中可采傾向長1357m，預計風巷5號礦開采底板標高為-980m～-690m；機巷設計傾向長1721m，其中可采傾向長1358m，預計機巷5號礦開采底板標高為-986m～-692m；工作面內5號礦層以黑色為主，少量褐黑色，玻璃光澤，以粉末狀、碎塊狀為主，性脆易碎，斷口一般為參差狀、平坦狀。根據鄰近勘探鉆孔資料分析，面內5號煤礦層全層厚度5.45m～7.09m，平均厚度6.53m。

根據地質條件的分析，結合現場的觀察與勘測，采用原支護方式時巷道變形較為嚴重，為進一步保證安全生產，需采用相關措施來進行補強支護。

2 地質雷達探測

地質雷達是目前國內外普遍推崇的一種比較先進的物探設備，它是基于所探介質的電性差異對所探物體內部不可見目標體或不同介質分界面進行精確判別并定位的電磁技術。雷達發射的電磁波經過松動圈與非破壞區的分界面時必然發生強烈反射，且在其中呈雜亂無章狀態傳播，于是從收集處理的雷達探測剖面圖上即可確定圍巖松動范圍，得到松動圈厚度值，因此地質雷達探測圍巖松動圈的厚度在理論上是科學可行的。

采用地質雷達結合后期軟件分析，能夠有效的探明所測試礦山掘進巷道的圍巖松動圈范圍，從而達到對巷道圍巖變形的深入分析。

2.1 巷道測試位置

兩個測點的地質雷達測點井下相對位置如圖1所示。現場測試時人工托舉將雷達天線緊貼至掘進工作面，斷面具體現場測試方案如圖2所示，依次從底板到幫部，經過頂板再到另一側幫部，從而達到掃描斷面一周，測量過程中需保證儀器的平穩移動，以提高地質雷達的探測精度。

圖2 現場測試方案

2.2 探測結果與分析

根據測點的測試方案，沿巷道斷面掃描一周，后期運用地質雷達專業分析軟件，選取具有代表性的18個點進行結果分析，底板處的松動圈平均為6.7m。靠140502工作面側巷道幫部的松動圈平均為9.7m。140502工作面另一側巷道幫部松動圈平均為9.8m；頂板處的松動圈平均為6.0m。測點2，底板處的松動圈平均為4.2m。幫部的松動圈大平均為5.6m。另一側巷道幫部的松動圈平均為5.6m。頂板處的松動圈大平均為5.0m。

根據兩個測點的綜合分析，巷道底板松動圈范圍為5m，頂板松動圈范圍為5.5m。

3 礦山掘進巷道支護技術優化

在原有的巷道支護技術條件下，對巷道進行加強支護，針對原有巷道支護困難，支護效果差，采用對巷道四周采用錨桿索進行補強支護。在補強支護技術方案中，錨桿選用左旋無縱筋高強錨桿，直徑22mm，長度2.5m，間排距800×800（mm×mm），共15根。錨索選用高強低松弛鋼絞線，直徑21.8mm，長度9.2m，間排距1200×1600（mm×mm），共7根。幫部錨索直徑21.8mm，長度6.2m。間排距1200×1600（mm×mm），每排4根。其布置方式如圖3所示。

圖3 礦山掘進巷道支護布置方式

4 頂板離層量

在140502運輸平巷掘進端后方選取兩個測點，采用頂板離層儀對巷道頂板變形量進行測定。隨著測點距離掘進端距離的增加，巷道頂板離層量也逐漸增大，當距離掘進端距離大于60m時巷道頂板離層量趨于穩定的狀態。如圖4所示，測點1的巷道頂板總的離層量為98mm，淺部離層量為81mm，深部離層量為17mm；如圖5所示，測點2的巷道頂板總的離層量為160mm，淺部離層量為144mm，深部離層量為16mm。巷道頂板的離層量趨于穩定，頂板處于可控狀態。

圖4 測點1離層量

圖5 測點2離層量

在巷道剛剛完成掘進后，巷道頂板的離層量較大。如圖6所示，測點1的頂板最大離層量為10mm/d，在第10~60天，巷道頂板的離層量逐步趨于穩定，第60天后，測點1的頂板基本穩定。如圖7所示，測點2的頂板離層量為6mm/d，在第10~120天，巷道頂板的離層量逐步趨于穩定，第120天后，測點2的頂板基本穩定。

圖6 測點1頂板離層量

圖7 測點2頂板離層量

5 結論

（1）針對千米深井圍巖變形嚴重，在原有的支護方案上提出新型支護方案,并通過后期監測發現，起到了較好的支護結果。

（2）采用地質雷達得到在巷道穩定階段,巷道底板松動圈范圍為5m，頂板松動圈范圍為5.5m。

（3）通過頂板離層儀監測，頂板離層量隨著距離的增大而增大，最后趨于穩定，頂板離層量隨著時間增加減小，最后趨于穩定。