煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)初探①

崔海燕

摘 要：在煤礦開采過程中，巷道圍巖出現(xiàn)形變成為了影響施工效率和安全，增加施工成本的重要因素，甚至影響施工的順利進行。對煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖采用適當?shù)目刂萍夹g(shù)有助于加強巷道圍巖的穩(wěn)定性，減少危險性事件的發(fā)生。該文就煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制難題，初步探究了煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)，以求為今后煤礦地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制提供新的，有意義的理念和方法。

關(guān)鍵詞：煤礦深層 地質(zhì)構(gòu)造區(qū) 巷道圍巖 穩(wěn)定性 控制技術(shù)

中圖分類號：TD353.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0099-02

煤炭開采是一個由淺到深的施工過程，隨著近年來煤炭開采深度的逐漸增加和開采強度的不斷增大，許多礦區(qū)、礦井均進入了超千米開采階段。礦區(qū)和礦井進入超千米開采階段后，深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)會出現(xiàn)明顯的變化，由于受到高地應(yīng)力的作用，煤巖體的性質(zhì)會由脆性轉(zhuǎn)為粘性，使得巷道圍巖出現(xiàn)了嚴重的變形，以及顯著的空間效應(yīng)、強烈的底鼓和兩幫非對稱性破壞等現(xiàn)象，再加上相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造材料的缺乏，在煤礦深部開采到地質(zhì)破碎地帶時，很容易出現(xiàn)冒頂、圍巖垮塌等現(xiàn)象，對巷道掘進等施工作業(yè)造成阻礙和安全性影響。該文首先對煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的變性特征進行了分析，并以此為依據(jù)總結(jié)了圍巖控制技術(shù)的原理，提出了有利于確保巷道圍巖穩(wěn)定和煤礦開采安全性的巷道圍巖控制技術(shù)，以求探索到煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖變形的規(guī)律，為煤礦深層巷道圍巖的控制提供具有參考價值的依據(jù)。

1 煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的特征

巷道圍巖的特征主要是指其地質(zhì)特征金額力學(xué)特征。

1.1 巷道圍巖的地質(zhì)特征

當下，我國的煤炭開采礦區(qū)集中位于中東部地區(qū)，開采深度最深的礦井可達到一千四百多米，分析我國煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的巖性可以發(fā)現(xiàn)，深井巷道圍巖的地質(zhì)構(gòu)造特征主要有以下幾點：第一是單斜構(gòu)造較多，地層傾角較大；第二圍巖埋深較大，受到的地應(yīng)力較高；第三是穿層巷道居多，且較大的巷道大多分布于巖體中，圍巖的變形和破壞特征大多相似；第四是煤層頂板巖石的性質(zhì)多為砂巖、粉砂巖和石灰?guī)r，巖石層理分布且節(jié)理裂隙明顯，巖石的強度也較高。

1.2 巷道圍巖的力學(xué)特征

為方便巷道圍巖的維護和檢修，煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的大多數(shù)集中大巷都分布于主采煤層的頂板或者底板的巖層里，故而巷道圍巖主要是砂巖和粉砂巖，只有局部為石灰?guī)r，整個巖體的強度都較大。巷道圍巖的結(jié)構(gòu)特征如圖1所示，例如，我國較大的煤礦之一華豐煤礦，它位于新汶礦區(qū)，其巷道穿層之上是厚度為10m的中粒砂巖，下部為厚度為8.7m的粉砂巖，粉砂巖夾層為1.2m的石灰?guī)r，它的回風大巷布置于煤層頂板傾角為32°的巖層中。

2 巷道圍巖變形控制的原則

對煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制需要根據(jù)巷道圍巖的特征分析令其發(fā)生形變的因素，采取有針對性的措施，選擇合理的工藝方法，以確保對巷道圍巖穩(wěn)定性和受力控制的有效性。

2.1 巷道圍巖控制的基本原則和要求

巷道圍巖控制技術(shù)的基本原則主要包括三點，首先，控制要采取具有針對性的措施，這就要求對導(dǎo)致巷道圍巖變形的因素進行透徹的分析和了解，包括巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)特征以及地下水等因素，還要結(jié)合礦區(qū)的實際情況和現(xiàn)場環(huán)境進行認真的分析，在采取相應(yīng)的措施；其次，要采用多種控制技術(shù)相結(jié)合，以提高實際的控制效果，由于導(dǎo)致巷道圍巖形變的因素是多種多樣的，因此控制技術(shù)也應(yīng)是多樣的，還應(yīng)該在對圍巖的形變研究中對控制技術(shù)進行改進，通過加固巖體，控制巖層形變，調(diào)整巖層的受力狀態(tài)，從而更好的控制巷道圍巖的穩(wěn)定性；其三，在對巷道圍巖進行控制過程中要實時監(jiān)測圍巖的形變情況，對控制技術(shù)的應(yīng)用效果進行觀察，不斷完善控制方案，以確?？刂萍夹g(shù)的應(yīng)用效果和安全性。

2.2 分析巷道圍巖的變形破壞數(shù)值

在對導(dǎo)致巷道圍巖形變影響因素進行分析后要對其變形破壞數(shù)值進行分析，研究巷道的空間關(guān)系，一般采用的方式是數(shù)值分析法，通過計算來分析開挖后巷道在沒有受到支持的狀態(tài)下的形變破壞特征。在計算時，數(shù)據(jù)的獲得是通過在巷道表面以上0.1m的位置出設(shè)置監(jiān)測點，監(jiān)測點分布為在巷道中軸線對稱設(shè)置6、14點，左側(cè)為1～5點，右側(cè)為4～11點，底部為12～16點，詳細分布示意圖如圖2所示。然后根據(jù)不同監(jiān)測點圍巖的位移情況來確定巷道圍巖變性破壞的空間規(guī)律以及巷道圍巖的水平位移和豎直位移的關(guān)系，進一步了解巷道圍巖的特征。

2.3 控制巷道圍巖的穩(wěn)定狀況的受力狀態(tài)

為保證巷道圍巖合理的受力狀態(tài)和較高的穩(wěn)定性，首先在采取控制措施時要選擇合適的工程巷道方向，在礦區(qū)應(yīng)力場中主要包括兩種應(yīng)力場，即原始應(yīng)力場和二次應(yīng)力場，前者是礦區(qū)應(yīng)力在地質(zhì)的歷史變遷中變化而形成的，后者是煤礦開采過程中產(chǎn)生的應(yīng)力場。礦區(qū)應(yīng)力場會對對巷道的布置產(chǎn)生影響，因此在設(shè)計工程巷道時要選擇合適的方向。在實際操作和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，礦井巷道工程的長軸方向和構(gòu)造線的走向呈垂直狀態(tài)可以在很大程度上提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，而且能夠有效地避免巷道工程中、巖層節(jié)理方向和巖層片理方向等之間或自身內(nèi)部形成銳角相交，減少應(yīng)力過于密集，同時巷道工程的走向要避開向斜構(gòu)造和斜背的不利影響，不要將巷道的位置定位在軸部。其次，要判斷巷道斷面的大小和形狀，根據(jù)不同巷道斷面對巷道的影響與礦山的實際情況，以及生產(chǎn)運輸和采礦操作的要求來選擇巷道工程，已盡可能的避免施工不當而造成的巷道截面的擴大或者變形。

3 煤礦深層地址構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制技術(shù)

根據(jù)以上對煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的性質(zhì)、地質(zhì)特征、力學(xué)特征等的分析以及巷道圍巖控制的原則和控制過程中的注意事項、相關(guān)參數(shù)等資料可知，對煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制技術(shù)主要包括以下幾點措施。

3.1 盡量避免巷道圍巖處于潮濕的環(huán)境中

煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的表面構(gòu)造主體是如凝灰?guī)r等軟弱巖體，在潮濕情況下或者是有水的情況下都會使其強度大幅度降低，故而應(yīng)盡量避免巷道圍巖受到水合潮濕的影響，對巷道圍巖表面需要暴露的地方要及時的采用噴漿封閉，以確保圍巖的干燥性，保證巷道圍巖的強度，這對控制巷道圍巖的穩(wěn)定性也是十分重要的。

3.2 采取合理的巷道支護措施

對巷道進行合理的支護主要是指在巷道內(nèi)埋設(shè)合理的收斂計和對電位移測樁，對巷道圍巖的下盤運輸通道和上盤回風巷等各個部位的形變進行實時監(jiān)測，通過比對巷道圍巖變形情況和時間之間的變化情況，了解巷道圍巖變形的規(guī)律，并以此為依據(jù)進行技術(shù)決策，采取相應(yīng)的技術(shù)保障措施。實踐研究表明，對巷道圍巖采取支護措施能夠有效的保障圍巖的穩(wěn)定性，而亦剛亦柔的支護措施能夠更好的適應(yīng)巷道圍巖所受應(yīng)力情況的變化，更好的起到保證巷道圍巖穩(wěn)定的作用。

3.3 對巷道圍巖采取加固技術(shù)

對于巷道圍巖的軟弱巖層的控制主要是采取加固措施，包括噴、錨、網(wǎng)等加固方法。對于不同性質(zhì)的巷道圍巖要采取不同的加固措施，其中特殊工程結(jié)構(gòu)圍巖的加固要采取多種加固措施聯(lián)合使用的方式，一般需要聯(lián)合使用三種或者三種以上的加固方法，以確保巷道圍巖的穩(wěn)定性。巷道圍巖加固技術(shù)主同樣需要遵循一定的原則和要求，首先，要根據(jù)成型要求選擇合理的支護方式，合適的支護材料，在加固施工過程中要對加固材料進行及時的養(yǎng)護，同時也要事先做好巷道的設(shè)計；其次，在施工過程中，因為要用到注漿錨桿，因此要確保安裝孔和結(jié)構(gòu)面的方向和對應(yīng)的正確性，在進行噴網(wǎng)支護的過程中要將圍巖壁和網(wǎng)筋最大程度的貼合，在確保兩次素噴的時效性后再根據(jù)巷道圍巖的變形情況對巷道圍巖進行再次噴漿；最后，在加固過程中要嚴把質(zhì)量關(guān)，確保施工人員的專業(yè)性，在加固過程中不斷改進工藝，并對加固過程進行長期實時監(jiān)控，確保加固技術(shù)滿足技術(shù)要求，能夠有效的保障圍巖的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖一但出現(xiàn)形變，必然會影響施工效率和煤礦作業(yè)的安全，增加施工成本的重要因素，甚至影響施工的順利進行。對煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖采用適當?shù)目刂萍夹g(shù)有助于加強巷道圍巖的穩(wěn)定性，減少危險性事件的發(fā)生。煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)是一種安全、有效、可靠、環(huán)保的技術(shù)，其在巷道圍巖控制中的應(yīng)用在保障煤礦施工和作業(yè)的安全以及保護人民的生民財產(chǎn)安全等方面起著關(guān)鍵性作用，巷道圍巖的主要控制技術(shù)有圍巖變形基本保障原則、圍巖受力控制、圍巖變形控制、圍巖支護技術(shù)等，在控制技術(shù)的施工中也需要相關(guān)人員根據(jù)具體工程情況和礦區(qū)的實際地質(zhì)情況，選用正確合理的控制技術(shù)，從而有效的解決煤礦開采礦井巷道圍巖的控制難題，降低煤礦作業(yè)中危險的發(fā)生率，保障工程的順利進行。總而言之，煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制技術(shù)能夠有效的確保煤礦作業(yè)的安全性和深井巷道圍巖的穩(wěn)定性，其應(yīng)用對于煤炭開采行業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

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