淺析巷道維護(hù)在軟巖井巷治理中的作用

王繼元

摘? 要：在煤礦施工中，經(jīng)常會(huì)遇到松軟巖層井巷支護(hù)的問題，巷道維護(hù)影響著軟巖礦井的生產(chǎn)。文章結(jié)合煤礦操作工程實(shí)踐等進(jìn)行了軟巖巷道礦壓變形特征、顯現(xiàn)狀況的分析，提出巷道維護(hù)可有效抵制二次來壓，提高圍巖應(yīng)力的均衡效果，降低與膨脹引發(fā)作用力正面對(duì)抗的概率。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，巷道維護(hù)成本明顯低于一次永久支護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：軟巖;巷道維護(hù);井巷治理

中圖分類號(hào)：TD353? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

對(duì)于礦井作業(yè)而言，松軟巖層井巷支護(hù)處理始終是較難解決的問題。雖然該行業(yè)經(jīng)過長(zhǎng)期分析和實(shí)踐，得到了適應(yīng)多種形式軟巖巷道的支護(hù)方法和施工材料，但是由于松軟巖層存在風(fēng)化膨脹、變形快、松散性強(qiáng)等特殊屬性，導(dǎo)致支護(hù)方法、支護(hù)材料的作用大打折扣，事故概率較高，借助上述支護(hù)僅可相對(duì)延長(zhǎng)安全使用時(shí)間，無法達(dá)到永久性防護(hù)的效果。為了對(duì)空間斷面進(jìn)行長(zhǎng)期安全作業(yè)，必須加強(qiáng)軟巖巷道維護(hù)工作的分析和應(yīng)用。

1 軟巖巷道的變形特征

該文借助某典型三軟巖層礦井進(jìn)行分析，該煤礦含煤層主要包括泥巖、黏土等物質(zhì)，內(nèi)部含有高嶺土、蒙脫石等成分。巖層強(qiáng)度差、穩(wěn)定性低、結(jié)構(gòu)較為松散，一旦發(fā)生圍巖暴露極易產(chǎn)生風(fēng)化、受潮、膨脹等后果。受巖層構(gòu)造影響，該煤礦的巷道支護(hù)存在極大困難。結(jié)合礦區(qū)實(shí)際狀況進(jìn)行總結(jié)，一般狀況下，軟巖巷道的破壞變形特點(diǎn)如下。

1.1 圍巖變形具有時(shí)間效應(yīng)

圍巖變形一般具有較為明顯的時(shí)間效應(yīng)，具體表現(xiàn)為：來壓快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，無法在短期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀況。其整體變形周期大概可分為3個(gè)階段：急劇變形期，巷道開掘后，巖體結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生改變，主要以膨脹為主要形式，巖體的可塑性較強(qiáng)，變化較快，一般形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)是無法抵抗該階段變形所帶來的破壞效應(yīng)。衰減期，經(jīng)過上述迅速變性后，圍巖容易形成塑性圈，其壓力降低明顯，巷道變形趨勢(shì)下降。穩(wěn)定期，當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)逐漸形成塑性圈后，壓力會(huì)逐漸移至巖層深部區(qū)域，此時(shí)巷道便進(jìn)入了穩(wěn)定變形期。

1.2 抗震效果差

圍巖結(jié)構(gòu)一般抗震效果差，對(duì)外界機(jī)械振動(dòng)、采動(dòng)等具有較為敏感的反應(yīng)。受巖層結(jié)構(gòu)松散性較差影響，其變形區(qū)域會(huì)相對(duì)較大。如果巷道周邊進(jìn)行新巷道的開挖，或者巷道距離開采區(qū)距離較短時(shí)，極易導(dǎo)致該巷道的平衡性受到威脅，此時(shí)巖層應(yīng)力一般會(huì)重新分布。巷道必須進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)定周期。煤礦施工作業(yè)中，即使增加煤柱高度，當(dāng)采區(qū)某一工作面進(jìn)行回采后，都會(huì)對(duì)巷道造成一定影響。

1.3 深度增加導(dǎo)致地壓增大

開采深度增加，圍巖應(yīng)力作用便會(huì)顯著增加，進(jìn)而容易引發(fā)較為強(qiáng)烈的變形。當(dāng)煤礦地質(zhì)條件、層位大體一致時(shí)，增加深度140m，并在大巷區(qū)域借助半圓料進(jìn)行支護(hù)，至一水平位置為止，一般不會(huì)發(fā)生較為明顯的破壞性作用，變形危害較低。但是當(dāng)深度增加至300m位置后，大巷道區(qū)域即使采用全封閉圓碹支護(hù)，也容易發(fā)生明顯的破壞性變形，巷道未投入使用就需要進(jìn)行多次返修處理，維護(hù)工作量較大。

1.4 井下水對(duì)巷道礦壓的影響

由于軟巖遇水發(fā)生膨脹、泥化，這一特點(diǎn)導(dǎo)致有水巷道區(qū)域會(huì)發(fā)生較為明顯的礦壓效應(yīng)，與無水巷道相比，前者變形幅度更大。長(zhǎng)期受地下水浸濕，或者地表水流通的巷道，更易發(fā)生變形，變形的代表性特征為：底鼓、兩幫區(qū)域會(huì)發(fā)生明顯位移，同時(shí)這個(gè)過程是一個(gè)連續(xù)性的動(dòng)態(tài)變化過程。

2 巷道維護(hù)對(duì)軟巖礦井穩(wěn)定運(yùn)作的重要價(jià)值

受軟巖巷道變形、礦壓顯現(xiàn)等屬性影響，一般在軟巖巷道開挖作業(yè)起，其發(fā)展便處于一個(gè)動(dòng)態(tài)、變形的過程，同時(shí)上述變形作用一般與周邊環(huán)境狀況息息相關(guān)。為此，在巷道支護(hù)處理中，必須加強(qiáng)阻力作用、破壞效果及二者關(guān)系的合理分析。加強(qiáng)巷道維護(hù)時(shí)機(jī)的考慮，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)阻力的強(qiáng)化處理，避免支護(hù)強(qiáng)度不足等引發(fā)的變形。如某煤礦采區(qū)作業(yè)中采用料石砌碹支護(hù)，支護(hù)中首次壓力并未完全釋放，相關(guān)作業(yè)人員放松了巷道維護(hù)的關(guān)注度。當(dāng)采動(dòng)作用力發(fā)生后，巷道巖層發(fā)生了較為明顯的變形，料石碹頂部、拱部發(fā)生了壓碎現(xiàn)象，同時(shí)周邊區(qū)域向巷道內(nèi)移趨勢(shì)明顯，斷面區(qū)域明顯縮小。該煤礦后續(xù)作業(yè)中，受應(yīng)力影響斷面仍繼續(xù)縮小，導(dǎo)致的后果是運(yùn)輸無法按照預(yù)期要求進(jìn)行，迫使開采面作業(yè)提前撤出。同時(shí)輸送機(jī)的機(jī)頭無法取出被迫遺留在巷內(nèi)區(qū)域。受上述案例影響，該礦區(qū)針對(duì)新開掘帶式運(yùn)輸巷道進(jìn)行處理中，首次壓力釋放后便進(jìn)行了新應(yīng)力狀況的核查、控制，結(jié)合地段差異等進(jìn)行了掛鋼筋、混凝土噴射施工等操作。由于巷道維護(hù)及時(shí)，經(jīng)回采面動(dòng)壓作業(yè)處理后，對(duì)其進(jìn)行了局部加固處理，目的在于保證帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定工作效果。綜上所述，必須保證巷道維護(hù)的完整性，抓緊時(shí)機(jī)對(duì)其進(jìn)行有效處理，保證達(dá)到新的應(yīng)力平衡效果，避免巷道變形等引發(fā)的負(fù)面效應(yīng)。

此外，部分礦區(qū)在投入運(yùn)行開采后，巖層的軟弱性有所增加，這對(duì)巷道維護(hù)工作而言，顯著增加了其工作難度、工作任務(wù)量，從保證礦井正常開采出發(fā)，部分礦區(qū)還需在投運(yùn)后進(jìn)行維修團(tuán)隊(duì)的組建，實(shí)施巷道二次維護(hù)。從中可以看出，軟巖礦井中的巷道維護(hù)對(duì)礦區(qū)正常運(yùn)作而言是關(guān)鍵工序。未經(jīng)長(zhǎng)期連續(xù)處理的巷道維護(hù)會(huì)導(dǎo)致后期煤炭產(chǎn)量的不可控性。

3 巷道維護(hù)可抵抗二次來壓作用力

合理有效的巷道維護(hù)，可顯著抵抗二次來壓，從而保證圍巖應(yīng)力的平衡效果，降低巷道破壞等引發(fā)的負(fù)面效應(yīng)。一般狀況下，巷道施工后，新圍巖作用力如果超過其強(qiáng)度，會(huì)顯著增加巖層松動(dòng)狀況，松動(dòng)層的擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致圍巖變形問題，且該變形影響作用會(huì)不斷擴(kuò)散。另一方面，松動(dòng)圈作用力大于支架應(yīng)力的狀況下，巷道還會(huì)產(chǎn)生程度各異的破壞現(xiàn)象。當(dāng)壓力釋放后，或者巷道受外界作用刺激形成新的應(yīng)力作用時(shí)，便及時(shí)進(jìn)行巷道維護(hù)工作的開展，則其變形概率會(huì)顯著降低;倘若不能及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理和控制，極易導(dǎo)致巷道變形、破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致巷道報(bào)廢。洼東地區(qū)某煤礦在開采后期，正處于項(xiàng)目末期階段，相關(guān)人員存在一絲僥幸，并未對(duì)松動(dòng)圈的應(yīng)力作用進(jìn)行及時(shí)處理，維護(hù)支撐作用不強(qiáng)，最終結(jié)果導(dǎo)致松動(dòng)圈的負(fù)面作用顯著增加，應(yīng)力作用下導(dǎo)致巷道發(fā)生了較為嚴(yán)重的局部變形，并最終導(dǎo)致巷道塌落的結(jié)果。倘若在巷道初次泄壓后便進(jìn)行有效干預(yù)，借助巷道維護(hù)進(jìn)行處理，整個(gè)項(xiàng)目工程可能會(huì)如期進(jìn)展。

回采面推進(jìn)中，采場(chǎng)頂板巖梁一般會(huì)對(duì)支柱、矸石等起到支撐作用。塑性梁、彈性梁也會(huì)將自身重量傳遞給巷道支護(hù)體結(jié)構(gòu)上端。必須及時(shí)對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行保護(hù)和支護(hù)處理，保證其達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)，降低巷道塌落概率。

4 巷道維護(hù)對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的積極影響

軟巖巷道維護(hù)管理中，其主要目的是有效處理圍巖變形作用下的膨脹里，將其控制在一定范圍內(nèi)，并借助巷道維護(hù)對(duì)其進(jìn)行有效處理，提高圍巖應(yīng)力的均衡效果，保證整個(gè)巷道的完整性、穩(wěn)定性。由于巷道維護(hù)降低了膨脹壓力的通，使該方法與永久支護(hù)相比成本明顯下降。

當(dāng)下大部分企業(yè)管理中，一般不會(huì)選擇費(fèi)用過高的一次性永久支護(hù)處理方法，多是依靠巷道維護(hù)進(jìn)行處理，這是軟巖礦井處理中的常見方法，經(jīng)濟(jì)效益顯著。為此，加強(qiáng)巷道維護(hù)在軟巖工程處理中的重視度，積極推進(jìn)巷道維護(hù)相關(guān)工作的開展，是保證礦區(qū)穩(wěn)定效果的必要途徑，對(duì)礦井長(zhǎng)期安全生產(chǎn)作業(yè)、提供企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益而言起到了保障性功效。

參考文獻(xiàn)

[1]崔非非，種麗麗.沿空掘巷巷道礦壓觀測(cè)及維護(hù)困難原因分析[J].山東煤炭科技，2017（3）：28-29.

[2]張農(nóng)，韓昌良，闞甲廣，等.沿空留巷圍巖控制理論與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014（8）：1635-1641.

[3]遲元品，張玉才，劉志新.巷道維護(hù)在軟巖井巷治理中的重要作用[J].科技大視野，1999（7）：10.