超千米高地壓深井巷道變形破壞的機理分析及防治

陳軍

摘要：在礦產開采項目中，往往需要以深井方式開展工作，超千米高地壓深井類型也是較為常見。此類深井的工作條件往往較為復雜，由于受到諸多因素的影響，深井巷道常會出現變形破壞的情況，這對深井工作的安全、高效開展造成了很大的威脅，因此這就需要做好深井巷道變形破壞的防治。下面，文章就針對超千米高地壓深井巷道變形破壞的機理進行分析，并提出相應的防治措施，希望對相關工作的開展提供參考。

關鍵詞：高地壓;深井巷道;巷道變形;防治措施

前言：

在礦產開采強度持續增加下，越來越多的礦井進入到超千米的開采程度，一旦對礦井進行超千米的開采，受到高地應力的影響，其巷道巖體的力學性質就會很容易出現顯著的變化，巖體從脆性轉變為粘塑性，進而深井巷道易發生變形、破壞，且此類現象呈現空間效應的特點。面對這種情況，需要相關單位做好超千米高地壓深井巷道變形破壞的機理分析，并積極采取有效措施防治其巷道的變形破壞，為項目工作開展提供良好的條件。

1.深井巷道變形破壞機理

深井巷道變形破壞主要影響因素包括圍巖性質、采深、地質構造、施工質量、巷道布置、時間效應等。

巷道變形破壞的發生和圍巖性質有著密切關系，若巷道區域內的圍巖具有良好強度，巷道所受應力在圍巖強度的承受范圍內，則巷道不會發生變形、破壞的現象;若巷道所受應力超出圍巖強度的承受范圍，則巷道容易發生變形、破壞的現象，且此現象會從巷道的周邊逐漸擴展到圍巖的深處。以某工程為例，分析巷道頂底板的移近量和圍巖強度、埋深之間的關系如下表1。

礦井開采的深度增加會降低巖體的強度，隨著采深逐漸增加，若巷道周圍集中應力已經超出圍巖強度極限，就會導致巷道發生變形和失穩;且采深增加，地溫也會升高，升溫會導致巖石從脆性轉變為塑性，也易導致巷道的變形發生。

地層內存在巖層層理和斷層等情況，它們都會使巷道的圍巖呈現不規則結構，對圍巖穩定性產生不利影響;由于受到構造應力影響，巷道的兩幫常會出現破裂、垮落或者鼓出等現象。

巷道的圍巖效果和施工質量有著很大關系，若錨桿沒有合理打設、錨固劑沒有規范使用等，都可能導致圍巖錨固的不穩定，進而使巷道圍巖發生失穩現象。

若巷道布置在采動的影響帶，若受到采動過大的影響，勢必會增加巷道的變形、破壞發生速度。

時間效應是影響深井巷道穩定性的重要因素，因為很多巖石呈現流變性的特點，即便巷道處在靜載荷的狀態，但在時間流逝下也會導致其出現緩慢的變形，若巖石流的變形達到相應程度，就會導致巷道發生變形、破壞。以某工程為例，其為-1020m深井巷道，以不同時間對其開展巷道測量，得到到圍巖變形曲線如下圖1.

2.深井巷道變形破壞的防治

2.1做好深井巷道優化布置

在巷道的布置中，一定要對集中應力較大的構造結構、煤柱區域等避開，盡可能選擇巖性穩定性比較好的巖石部位。在深部巷道水平位置主副的下山間要設置30m的巖柱，并且要采取交錯方式進行布置;對皮帶機的斜巷要選擇砂巖進行布置，且確保與砂巖層位的一致性;對區段內的重要運輸巷，還要做好巖石集中巷的設置，且至少一條，此巷要避免受到上覆回采工作面的采動情況影響。因為開采深度不斷增加，完成工作面的回采勢必會增加煤體的集中應力，為了防止集中應力造成巷道變形或者破壞，對區段可以選擇沿空掘巷的方法，且井筒的上方采取工作面的跨上山回采技術。

2.2做好支護參數的設計與調整

為了避免深井巷道發生變形、破壞等情況，要做好巷道支護工作。在巷道支護工作中，要先對深部巷道的圍巖結構、性質、深部的位移、地應力等做好測試，準確掌握巷道圍巖的應力情況與受壓情況，結合區內巷道構造的應力場、鉆探資料等合理評估區內地質，對斷層的位置、節理裂隙分布、斷裂規律等實現預測，從而對支護參數的合理設計奠定基礎。然后，結合實測的資料以及評估結果等信息，做好支護結構、材料、規格等參數的合理選用，做好支護參數的科學設計。最后，依據初始設計的要求完成支護作業后，為了確保初始設計科學性與有效性，還要對支護壓力、圍巖位移等情況繼續監測，并結合實際監測對初始設計的不合理參數進行調整。

2.3采取滯后二次支護方式

在深井高地壓巷道實施支護處理時，可以采取滯后二次支護方式，在完成初次支護后一定的時間再實施二次支護施工，通過滯后是為了圍巖能夠實現變形能的釋放，從而保證巷道穩定性。在完成巷道挖掘后，先以混凝土噴射法對圍巖進行臨時的支護處理，滯后一定的時間再開展二次支護與成巷。初支護中通過混凝土的一次噴射，能夠實現圍巖的迅速封閉，避免圍巖受到風化的影響，且能夠使圍巖以相應位移實現其內聚能的釋放;完成巷道的釋壓后，通過二次支護的方式對峰后軟化以及殘余的變形段區域破碎巖體實現固化處理，其破碎巖體呈現應力低的特點，以加固支護可以對深部圍巖進行約束，能夠促進其承載力和變形抵抗能力的綜合加強，不僅有效提升破裂巖體殘余應力，且顯著改善圍巖的塑性區性能。

2.4改進支護加固工藝

想要實現高地壓深井巷道變形破壞的有效防治，良好的支護加固工藝是必要保障。在對深井巷道支護中，要做好支護加固工藝的科學選擇和改進，比較常用的先進工藝有“樹脂錨桿、網、混凝土噴射”和“馬蹄形棚、錨網、噴混凝土”的等形式。前者形式中，樹脂錨桿以樹脂藥卷實施錨固，結合巖性情況合理選用端錨或者全長錨固，當圓鋼或者螺紋鋼當作桿體，并對金屬網配合使用，外部設置半球形的鋼托板，最后再進行相應厚度要求的混凝土噴射。后者形式中，一般用在強流變的軟巖、斷層破碎區域或者含水帶中，馬蹄形棚和錨網配合使用，后進行混凝土的噴射，實現對巷道的聯合支護，提升巷道支護強度，防止巷道由于受到不均衡的地壓而出現失穩。

結語：綜上所述，超千米高地壓深井巷道所處的環境比較復雜，且受到諸多因素影響導致其變形破壞的機理多樣，想要實現超千米高地壓深井巷道具有良好的安全性與穩定性，就需要做好其巷道變形破壞機理的掌握，結合實際情況合理采取科學、有效的防治措施，從而為巷道生產活動的安全、高效開展提供保障。

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