大埋深高應力巷道掘進期間礦壓顯現規(guī)律與沖擊地壓防治

王偉強，公維寬

（山東能源新礦集團能源協(xié)莊煤礦 ，山東 新泰 271200）

0 引 言

協(xié)莊煤礦已進入深部開采水平，由于開采深度增加，巷道掘進期間呈現明顯的軟化和弱化現象、圍巖流變大變形趨勢強烈，巷道礦壓顯現明顯，井巷維護日趨突出困難，為此必須對大埋深高應力狀態(tài)下的軟巖巷道圍巖變形規(guī)律進行研究，掌握支護與變形的作用關系及巷道的變形特點，采取有效地防治沖擊地壓措施，并有針對性的提出巷道的合理支護參數，為協(xié)莊煤礦大埋深條件下的高應力軟巖巷道支護提供科學的依據。

1 巷道測點的布置及其觀測方法

從巷道的起點開始進行表面的位移測量，測量巷道的垂直位移和巷道兩幫的收縮量，并采用“交叉測量方法”。每條測試巷道至少放置一個試驗段，試驗段之間的距離應根據現場情況確定，距離可小一些，為5～10m。在難以維持周圍巖石穩(wěn)定性的現有深部區(qū)域，測試部分之間的距離為30～50m/個。在巷道掘進的早期階段，測試頻率是1次/天；14天后，變?yōu)槊?天1次；穩(wěn)定后，每周2次。

2 結果與討論

2.1 礦壓位移量觀測與分析

圖1為1#、2#和3#觀測點位移量隨時間天數的變化規(guī)律?？梢钥闯觯锏纼蓭鸵平枯^大，累計移近量在230mm左右，頂底板移近量中底臌量較大，底臌量在400mm左右，結合現場宏觀礦壓顯現兩幫肩窩處漿皮開裂、脫落嚴重。巷道兩幫移近量相對較小，累計移近量在190mm左右，頂底板移近量中底臌量較大，底臌量在220mm左右，結合現場宏觀礦壓顯現兩幫肩窩處有漿皮脫落現象，說明此處受力較。巷道初期變形較大，由于采用跟迎頭一次性支護，巷道開掘壓力無法釋放，導致漿皮大面積開裂塌落，煤炮聲頻繁，兩幫及頂底板位移量較大。

圖1 1#、2#和3#觀測點位移量隨時間天數的變化規(guī)律

2.2 巷道和圍巖變形規(guī)律分析

圖2 為巷道圍巖變形量與支護強度的P-u關系曲線。由P-u關系曲線可以看出，隨支護強度的提高，巷道圍巖變形量顯著降低。其中圍巖應力和圍巖強度是決定P-u關系曲線變化的主要因素，在一定的圍巖應力條件下，圍巖愈堅硬，支護強度對控制圍巖變形的作用愈小。圍巖愈松軟，支護強度對控制圍巖變形的作用愈大。由此可見，支護強度的大小對軟巖巷道的圍巖變形產生十分重要的影響。因此，在我礦深部特大埋深條件下，高應力軟巖巷道提高支護強度將有利于控制巷道圍巖變形。

圖2 巷道圍巖變形量與支護強度的P-u關系曲線

圖3 巷道圍巖變形量與支護時間的U-t關系曲線

圖3 為巷道圍巖變形量與支護時間的U-t關系曲線。由U-t關系曲線可以看出，巷道開挖后，變形逐漸增加。根據變形速度，可分為3個階段。首先是減速變形階段，其次是是線性恒速變形階段，最后是加速變形階段。當圍巖進入加速變形階段時，巖石本身的結構重新平衡，出現新的裂縫，使得強度顯著降低。

因此二次支護最佳支護時間應選擇在圍巖恒速變形階段。

綜上所述，巷道最初的變形可以由巷道兩幫的變形引起的。也就是說，兩幫首先變形，然后頂底板的距離越來越近。因此，加強對兩幫的支護是非常重要的。兩幫變形特征：①幫部拱肩處受力較大，漿皮開裂較嚴重。②兩幫收斂變形190－230mm，超過支護的允許位移時，承載能力顯著降低。頂板下沉量在28－40mm。底板變形：底臌量大，在220－400mm。

2.3 掘進影響期、掘后穩(wěn)定期巷道變化規(guī)律

掘進影響期：即在掘進開始時，圍巖在挖掘巷道后失去支撐，松動并產生裂縫，導致巖層移動，裂縫變深，礦壓變得明顯，作用時間減少，巷道變形相對較大。當巷道掘進20～30m以后，距迎頭60～80m，頂板是趨于穩(wěn)定的。

掘后穩(wěn)定期：頂板趨于穩(wěn)定后，圍巖的變形量顯著降低，由于深部高應力作用，圍巖以微小的速度不斷產生蠕變，巷道持續(xù)變形，穩(wěn)定性差。

噴錨噴、錨網噴，噴錨網噴、錨噴與高強錨桿一次性支護三段支護中，噴錨網噴、錨噴段支護效果相對較好，高強錨桿一次性支護從開掘初期巷道變形就異常強烈，漿皮開裂較多。

三段支護均在拱肩處呈現出錨桿受力大，漿皮也是從拱肩處開始開裂的規(guī)律，因此必須加強對拱肩處的支護強度。

3 沖擊地壓防治措施

根據礦壓觀測結果綜合評價噴錨噴、錨網噴，噴錨網噴、錨噴與高強錨桿一次性支護，三種支護方式各自適應不同的圍巖條件，在圍巖相對穩(wěn)定條件下，噴錨網噴、錨噴支護效果較好，在松散軟弱圍巖條件下，高強錨桿一次性支護更具優(yōu)越性。

建議在深部高應力軟巖巷道中，半圓拱形斷面拱肩是關鍵部位，也極易破壞，因此要確保拱肩處成型園滑，漿體厚度均勻規(guī)整，錨桿支護質量合格，同時在施工過程中，還應注意以下幾點：

1）切實搞好光爆。

2）錨桿的安裝。錨桿是為了增強圍巖的完整性，在層狀巖石中，錨桿應垂直于層理面并且不平行于層理面。對于層理面巷道，錨桿應垂直于巷道的輪廓線。另外，不同的錨固的工藝和技術要求是不同的，應根據要求進行操作，以確保錨桿與巖層的連接質量。

3）二次支護的時間。二次支撐時間和初始支撐時間必須達到一定的極限時間，否則周圍的巖石壓力不會完全釋放，使得支撐壓力過大。但是，如果時間間距太長，周圍的巖石可能會受到過度損壞，處于早期階段。支撐體的過度變形不利于整個錨固噴射支撐。根據礦壓觀察的結果，巷道變形一般在開掘后幾天至十天內趨于穩(wěn)定狀態(tài)，每條巷道必須根據具體情況進行變形監(jiān)測以確定最佳的二次支護時機。

4 結 論

本文分析了礦壓觀測，分析巷道和圍巖變形規(guī)律，給出沖擊地壓防治措施，保證了大埋深高應力巷道掘進期間的巷道穩(wěn)定性，取得了顯著的經濟和社會效益，對具有相似條件的煤礦也具有一定的參考價值和意義，具有廣闊的應用前景。