地质在深层煤矿巷道支护中的重要影响

杜浩辉（冀中能源冀中股份公司东庞矿开拓二区，河北 邢台 054200）

地质在深层煤矿巷道支护中的重要影响

杜浩辉
（冀中能源冀中股份公司东庞矿开拓二区，河北 邢台 054200）

我国是一个多煤、少油、少气的国家，煤炭在我国一次能源结构中占据着相当大的一部分比重，尤其是近些年来，钢铁产能的增加以及发电、取暖使得煤炭的用量逐年递增，随着浅层煤炭资源的日益减少，使得我国的煤炭开采深度逐年增加。在这一过程中，煤矿巷道软岩问题是一直困扰着深层煤炭资源开采巷道支护的难题，其对于煤炭的安全、高效生产有着重要的影响，在总结深部岩体由于外部因素而导致的其结构特征和力学行为更为复杂。本文将在分析深层煤层地质状况的基础上提出如何做好软岩巷道的支护工作。

软岩；巷道支护；地质特性

煤炭是我国的主要能源，在长期的开采过程中使得各大煤矿矿井的开采深度都在逐年加大，随着深度的增加，矿井巷道所面临的地质状况也越来越复杂，有很多的矿井都面临着程度不一的软岩问题，深部的岩体中会受到复杂的地质应力影响，从而增大了深部巷道岩体的应力变化，使得巷道岩体的结构特征以及力学性质的复杂性大大增加。为了做好巷道的支护工作，应当对深层巷道的地质状况有充分的了解。本文将在分析深层巷道地质状况的基础上，提出如何做好深层巷道的支护。

1 深层巷道所面临的地质状况

随着煤矿开采深度的增加，其矿井巷道所面临的地质状况更为复杂多变，其所受到的地应力也随着深度的增加而增大，尤其是在一些地层较为活跃且地质构造活动较为频繁的区域，其地质结构变化所引起的残余构造应力更为严重；此应力作用在深层巷道中会使得巷道所面临的变形量和变形速率都大大增加，且受到的变形应力持续时间较长，尤其是应力所引起的流变性更为严重，这是造成煤矿深层巷道支护破坏的主要影响因素之一。通过对以往煤矿深层巷道中的地质状况进行分析统计后发现，在深层煤矿巷道遭遇软岩的情况下，其巷道的软岩受高应力的作用短时间内不会发生变形破坏，而是受深层地质结构所产生的高应力的作用呈现出较为明显的流变特性，从而使得深层煤矿巷道在应力的作用下产生持续性的变形并在达到所能承受的极限后产生较为明显的破坏。总的来说，煤矿深层高应力软岩巷道中围岩的变形破坏与其流变特性密切相关，意思就是随着深层煤矿巷道的挖掘，巷道围岩的变形量与变形速率在不断的积聚增大，并在一段时间后达到巷道软岩结构所能承受的最大值后产生失稳破坏。总体来说，在一些地质结构较为复杂且强度较低的岩层所受到的流变现象影响较为严重，例如：泥化夹层软岩、膨胀性泥岩、软弱夹层等，以上这些软弱岩层在受到重力、结构应力以及采动应力组成的复杂应力场的共同作用下，煤矿巷道周围软岩的流变现象会随着时间的推移而越来越明显，对煤矿巷道围岩的稳定性的影响也越来越强。所以在进行煤矿巷道支护时需要考虑围岩流变性对煤矿巷道支护所产生的重要影响。

深层煤矿巷道软岩在高应力的作用下会产生明显的塑性变形，且具有高地压、变形量大、支护困难等特性，深层煤矿高应力岩一般是古代及部分中生代软岩含大量的高岭石、伊利石等膨胀性粘土矿物，成岩时间较长且结构较为致密，通常在较高的应力状态下表现出较为明显的软岩特性，其中高应力软岩多为较硬的岩石，岩体的破碎性、强度等都较低，受到明显的外力后容易破碎且流变性极高，在进行深层煤矿巷道的挖掘前，整个高应力岩在深层地质结构高应力作用下，整个岩体是整体闭合受力的，整个岩体稳定且具有一定的受力承载能力；而当深层煤矿挖掘后，破坏了高应力岩的整体性，使得深层煤矿巷道处于地应力的环境作用下，整个深层煤矿巷道的岩体结构面张开、贯通，造成受力加大且流变性较为明显，整个岩体不稳定且承载强度较低。

2 深层煤矿巷道围岩变形破坏的主要特性

深层煤矿巷道软岩在长期处于地质高应力的作用下使得巷道周围的围岩呈现出较为明显的变形破坏性，整个围岩具有较为明显的流变性和大的变形能力，围岩的自稳定时间短而变形的时间较长且变形量较大，这些都为深层煤矿巷道围岩的支护带来了极大的影响。在低应力的地层环境中，岩体受力后呈现出较为明显的破坏性，且以脆性断裂为主，间或有岩石的永久变形或塑性变形，甚至是没有。而随着煤矿开采深度的增加，其应力逐渐向高应力转换，其特性表现为深部延性力学影响行为。

3 深层煤矿巷道的支护

3.1 锚注支护技术。锚注支护技术主要是通过采用锚杆与注浆管相结合后所实行的一种新型支护技术。其主要的施工方法是通过用高压的方式向围岩所含有的大量裂缝中注入能够胶结硬化的水泥砂浆等，加大了深层煤矿巷道围岩的整体性，增强其受力能力，从而提高了深层煤矿巷道的长期稳定性。其主要特性如下：（1）通过采用水泥砂浆等封闭了岩体中的缝隙，封闭了水源、隔绝了空气。（2）通过采用注浆技术可以对深层煤矿巷道围岩中变形较为明显的关键部位进行强化，提高深层煤矿巷道围岩的长期稳定性。（3）深层煤矿巷道围岩的锚注支护方式可以与其他深层煤矿巷道的支护方式相结合，从而形成多层次、深结构的支护防护层。

3.2 深层煤矿巷道围岩的稳定控制技术。为做好对于深层煤矿巷道围岩的控制，通过采用高性能的支护方案增强其整体支护性并提高深层煤矿巷道围岩稳定性的控制。在深层煤矿巷道支护的过程中，可以采用悬吊理论、组合拱理论以及组合梁理论相结合的方式，提高深层煤矿巷道的支护能力，并在支护的过程中采用强度、刚度以及预应力都较高的锚杆来配合金属网、钢带梁等组成锚喷网支护结构，可以有效的提高深层煤矿巷道的支护能力，进而形成对于巷道顶部、帮围岩体的有效控制，从而实现对于深层煤矿巷道岩体的积极主动的支护。处于深层软岩中且服务年限较长的运输巷道等永久巷道，采用一次高性能支护结构无法满足围岩支护的要求，在一次支护结构的基础上进行二次支护加固，进而形成承载力较高的复合支护结构，完成对于深层煤矿巷道的有效支护。在二次支护加固过程中多采用的是锚固技术、围岩注浆以及高性能的锚索技术。

结语

深层煤矿巷道支护是深层煤矿开采的重要保证。本文在分析深层煤矿所面临的软围岩地质特性的基础上，对深层煤矿巷道支护所采用的技术以及注意事项等进行了介绍。

[1]何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].北京：中国矿业大学出版社，1996.

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[3]李刚，等.高应力软岩巷道变形特征及其支护参数设计[J].采矿与安全工程学报，2009（26）.

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