軟巖巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)研究

摘要：針對軟巖巷道圍巖穩(wěn)定控制問題，本次研究以公司下屬觀文煤礦為例，首先對軟巖巷道的基本特點以及圍巖物理成分測試結(jié)果進行分析，在此基礎(chǔ)上，對軟巖巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)進行全面研究，為保障煤礦的安全生產(chǎn)作業(yè)奠定基礎(chǔ)。研究表明：受到長期礦壓的影響，軟巖巷道會出現(xiàn)一定的變形，其拱頂位置處的下沉和兩幫凸出現(xiàn)象較為嚴(yán)重，通過進行全面的力學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，巷道圍巖的巖樣強度相對較低，為了保障其穩(wěn)定性，需要引入剛?cè)狁詈蟿討B(tài)加固技術(shù)，應(yīng)用該種技術(shù)可以對圍巖的力學(xué)性能進行完善，保障圍巖的完整性，同時，還可以有效提高圍巖的承載力，進而使其穩(wěn)定性得到全面提升。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道;圍巖控制;物理成分測試;穩(wěn)定控制;剛?cè)狁詈蟿討B(tài)加固技術(shù)

前言

目前，我國正在開發(fā)的煤礦數(shù)量相對較多，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，我國煤礦巷道類型中30%左右屬于軟巖巷道，該種類型巷道的返修率相對較高，說明在使用一段時間以后，該種類型巷道的穩(wěn)定性會出現(xiàn)變化，為了保障其安全性，需要采取合理的措施提高其穩(wěn)定性[1]。目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者提出了軟巖巷道圍巖的穩(wěn)定性措施，但是，由于該種類型巷道所處的環(huán)境相對較為復(fù)雜，因此大量技術(shù)的應(yīng)用效果并不佳。針對此問題，本次研究將以觀文煤礦為例，在對其進行特點分析以及物理成分分析的基礎(chǔ)上，提出一種穩(wěn)定控制措施，為保障煤礦的安全生產(chǎn)作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

1 軟巖巷道特點及圍巖物理成分測試

（1）特點分析

對于觀文煤礦而言，其巷道長期受到礦壓的影響，經(jīng)過現(xiàn)場的測試以及觀察后發(fā)現(xiàn)，其主要具有三大特點：①受到礦壓的影響，圍巖已經(jīng)出現(xiàn)了變形問題，部分位置處的圍巖破壞嚴(yán)重，呈現(xiàn)出了拱頂下沉和兩幫凸出的基本特點;②在煤礦巷道內(nèi)，圍巖的變形速度相對較快，且這種變形的持續(xù)時間相對較長，在進行巷道掘進的過程中，變形速度相對較慢位置處的變形量為5-10mm/d，變形速度相對較快位置處的變形量為50-100mm/d，這種變形問題可以持續(xù)3個月左右，總的變形量維持在300-1000mm之間;③在巷道變形較為嚴(yán)重的前提下，支持結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞問題，錨桿錨索可能被拉斷，雖然在進行修復(fù)作業(yè)以后，圍巖的變形問題可以得到有效的放緩，但是維持的時間相對較短。

（2）物理成分測試

針對礦井圍巖的穩(wěn)定性問題，現(xiàn)場采集了三塊樣品，使用X射線衍射儀對其進行了成分測試，通過進行全面的測試發(fā)現(xiàn)，對于1號樣品和3號樣品而言，其成分基本接近，主要以高嶺石和伊利石為主，同時，還含有少量的白云石，對于2號樣品而言，其成分主要以高嶺石為主，同時含有少量的方解石。為了對巖石的力學(xué)性質(zhì)進行了解，進行了全面的室內(nèi)試驗，通過實驗發(fā)現(xiàn)，對于圍巖中的泥巖而言，其抗壓強度維持在12.6MPa左右，其最大的數(shù)值達(dá)到了21.1MPa，最小數(shù)值為7.60MPa，對于圍巖中的砂巖而言，其抗壓強度維持在16.06MPa左右，其最大的數(shù)值大于20MPa，最小數(shù)值小于10MPa，由此可見，該礦圍巖的強度相對較低，在所有的軟巖巷道中，其巖石的強度處于相對較低的水平。通過對巖石進行觀察可以發(fā)現(xiàn)，在泥巖與砂巖之間存在泥質(zhì)膠結(jié)，在泥巖受到破壞的前提下，裂縫的發(fā)展速度相對較快，且在受到破壞以后，將會呈現(xiàn)出片狀形式，屬于較為典型的團狀無層理的基本結(jié)構(gòu)，對于砂巖而言，受到破壞的過程中，裂縫的發(fā)育相對較好，巖石將會破碎成小塊，且呈現(xiàn)出不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。通過以上綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，對于該礦而言，軟巖巷道的成巖時間相對較近，膠結(jié)性相對較差，受到環(huán)境的影響以后，巖石的反應(yīng)相對較為劇烈。

2 軟巖巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)研究

通過對該礦的礦壓以及巖石的基本性質(zhì)的全面分析可以發(fā)現(xiàn)，該巷道內(nèi)圍巖失穩(wěn)的基本原理為：在進行巷道開挖特別是采用炮掘施工的過程中，由于其應(yīng)力的分布并不均勻且受到炮震影響，因此，巖石將會出現(xiàn)松動圈，這就導(dǎo)致圍巖的初次失穩(wěn)，在失穩(wěn)問題出現(xiàn)以后，圍巖內(nèi)巖石的強度以及粘結(jié)力都會出現(xiàn)一定的改變，其強度嚴(yán)重衰弱。如果巷道內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)不合理，受到巖石強度變化的影響，各種類型力學(xué)參數(shù)都會發(fā)生改變，力學(xué)參數(shù)的改變又會反作用于巖石的強度，進而使得巷道內(nèi)松動范圍擴大，這樣會產(chǎn)生一種惡性的循環(huán)，因此，圍巖失穩(wěn)問題的持續(xù)時間相對較長[2]。在圍巖失穩(wěn)問題持續(xù)一定的時間以后，巷道的變形量將會增加，受到軟巖自身性質(zhì)的影響，巷道內(nèi)將會出現(xiàn)完全失穩(wěn)現(xiàn)象[3]。該種失穩(wěn)問題出現(xiàn)的機理，應(yīng)引入剛?cè)狁詈蟿討B(tài)加固的技術(shù)，該種技術(shù)的基本原理為：在巷道形成的初期階段，使用金屬網(wǎng)以及錨索等部件，在巷道內(nèi)形成支護結(jié)構(gòu)，進而使得圍巖的力學(xué)性能可以得到一定程度的完善，最大程度的保障圍巖的完整性，同時，還可以使得圍巖自身的承載力得到一定程度的發(fā)揮;在中期階段，預(yù)留一定量的變形量，允許圍巖出現(xiàn)少量的變形，使得圍巖的高應(yīng)力位置處可以逐漸向深部位置處轉(zhuǎn)移，這種措施可以稱為讓壓，避免大量的壓力集中在局部位置處，防止圍巖出現(xiàn)嚴(yán)重的變形;在后期階段，由于圍巖的變形具有一定的時效性特征，如果只是采用讓壓措施，在后期階段也會導(dǎo)致圍巖破碎，此時圍巖自身的承載力將會完全喪失，因此，在后期階段，需要引入高強度的鋼筋混凝土材料，在圍巖內(nèi)形成殼體結(jié)構(gòu)，最終提供一種高阻力設(shè)施，以此阻止圍巖繼續(xù)變形，使用該種類型的技術(shù)，可以使得圍巖長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。在引入剛?cè)狁詈蟿討B(tài)加固技術(shù)的過程中，首先需要對巷道內(nèi)的斷面進行擴刷處理，處理以后張掛金屬網(wǎng)以及錨桿、錨索，并噴射混凝土砂漿封面，此時就可以完成初期階段的工作，在中期，在對反底拱進行開挖處理以后，對底板安設(shè)錨桿和格柵拱網(wǎng)，安裝完成以后敷設(shè)混凝土，在后期階段，首先對拱頂和兩側(cè)的格柵拱架進行安裝，然后使用混凝土進行澆筑，最終使得圍巖可以長期處于穩(wěn)定的狀態(tài)。通過在觀文煤礦進行現(xiàn)場局部試驗發(fā)現(xiàn)，該種類型技術(shù)可以有效防止圍巖出現(xiàn)嚴(yán)重變形問題。

3 結(jié)論

對于軟巖巷道而言，受到自身性質(zhì)的影響，在經(jīng)過長期礦壓作用以后，其圍巖將會出現(xiàn)嚴(yán)重的變形問題，且這種問題的持續(xù)時間相對較長，破壞較為嚴(yán)重，會對煤礦的安全生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生重要影響，通過分析發(fā)現(xiàn)，剛?cè)狁詈蟿討B(tài)加固技術(shù)可以從巷道開發(fā)的前中后期三個階段出發(fā)，分別采取不同類型的措施，進而保障圍巖的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]宗義江，韓立軍，張后全，等.深井上下覆開采軟巖巷道圍巖穩(wěn)定機理與控制技術(shù)研究[J].煤礦安全，40（03）：12-15.

[2]孫文亮，呂衛(wèi)東.高地應(yīng)力軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性控制研究[J].煤炭科技，2009（02）：3-5.

[3]楊軍，于世波，陶志剛，等.第三系軟巖巷道變形破壞特性及耦合控制對策研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2014（03）：373-378+384.

作者簡介：易成彬（1966-），男，四川新都人，采礦工程師，主要從事采礦技術(shù)管理工作。