煤矿井下巷道围岩破坏分析及控制对策

樊俊豪

摘要：本文通过对煤矿井下巷道围岩破坏因素进行科学的分析，提出了利用与提高围岩强度、利用注浆技术提高围岩承载能力的两个煤炭井下巷道围岩破坏控制技术，从而为安全、经济、有效、环保的解决煤矿井下巷道的围岩破坏控制提供科学的参考。

关键词：围岩破坏围岩强度注浆技术

中图分类号：TD94 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0074-01

随着我国浅部煤炭赋存量的逐渐枯竭，煤炭开采越来越趋于深部开采。由于目前我国煤炭井工开采技术得到了长足的发展，所以冲击地压引起的巷道围岩的破坏已经成为制约煤炭生产的重要因素。这是由于煤炭开采的深度增加以后，会导致围岩的自重压力以及冲击地压的不断增强，与此同时还有可能引发巷道围岩周围岩体的承载力，岩石软化、膨胀的情况等发生变化，常常会引起巷道周围岩体的剪应力破坏、巷道失稳等现象，造成严重的煤炭安全事故。由此可见，如何加强煤炭井下巷道围岩稳定性已经成为现阶段我国煤炭开采领域的关键课题。现阶段我国对于想到围岩破坏的研究仅适用于浅部开采的地质条件，不能解决煤矿井下深部开采的矿压规律以及顶板管理等出现的问题。本文通过对煤矿井下巷道围岩破坏原因进行科学的分析，旨在提出切实有效的控制煤矿井下巷道围岩破坏的对策。

1煤矿井下巷道围岩破坏因素分析

煤矿井下开挖过程中，不可避免会破坏煤岩体的原岩应力，从而导致巷道周围的应力重新分布，既有可能引发巷道围岩的应力集中。煤矿井下巷道主要会出现的围岩破坏情况为顶板下沉、底鼓、片帮、岩石冒落等，严重的会导致顶板垮塌、棚梁弯曲等现象。虽然巷道是否稳定是由围岩的承载能力与承受载荷之间关系决定的。然而巷道围岩的破坏因素却非常复杂。经过笔者多年对煤矿巷道稳定性的研究，总结出以下几方面的煤矿井下巷道围岩破坏因素。具体内容如下：（1）煤矿井下巷道的位置选择。由于煤炭资源一般赋存在抗风化能力较弱、岩石孔隙性不发育的岩体中。一般情况下，井下巷道布置在煤层底板相对较硬的岩层当中。但是为了方便煤炭井下运输、减少工作量，主要巷道以及上下山通常布置离煤层较近的岩层当中，所以围岩的稳定性不够；（2）没有充分的利用围岩的自承能力，一味的加固围岩。通常情况下，井下采煤较多的利用钢支架、锚索等进行支护。并没有充分的利用围岩的自承能力，使得围岩的荷载由于支护方式重新分布，部分围岩会产生应力集中，造成围岩破坏的隐患；（3）施工方式不合理。巷道开挖一定会导致围岩的应力重新分布，在巷道周边会产生应力集中区域。如果施工方式不合理，在应力集中区域内进行后衬砌的施工方式，很可能会产生围岩的应力叠加现象。在高应力状态下，一旦围岩的承载力超过自承能力时，围岩会失稳产生破坏。在循环荷载的条件下，围岩的强度会降低，有可能产生塑性变形，使得支护失去作用；（4）井下采煤工作因素。煤层的开采工作可能会导致围岩渗透水、岩层离层、顶板压力集中等情况，对于采场周围的岩体应力影响非常大。所以煤层的开采是煤矿井下巷道围岩破坏的重要因素之一。

2煤矿井下巷道围岩破坏控制对策研究

2.1 利用与提高围岩强度

为了提高围岩的支护效果，充分利用围岩的自承能力，本文主要采用以维护以及加固围岩为核心，充分发挥围岩的自承能力的基本思路。这是由于围岩具有一定的抗压强度，能够承受一定的岩层荷载。如果将围岩的自承能力与支护结合利用，就能经济、合理的达到井下相待围岩稳定的效果。围岩的压应力包括变形压力以及松动压力，其主要是由围岩自己承担。由此可见，支护荷载的选择完全取决于围岩的性质以及支护结构的刚度以及时间。以下是围岩支护与支护工作曲线的关系。（如图1）

其中，a为围岩支护特性曲线；C为支护工作曲线。

利用与提高围岩强度的施工方式为：（1）在巷道的掘进过程中，喷射薄混凝土以封闭围岩的裂隙，形成初期的支撑力从而控制巷道围岩的变形；（2）确定合理的支护参数。一般按照围岩的性质以及锚杆的选型、巷道的跨度几方面进行支护参数的计算。比如锚杆参数的计算过程为：；；；其中L代表锚杆的长度、D代表锚杆之间的距离、d代表锚杆的直径、C代表巷道的跨度、T代表巷道围岩的稳定性影响系数（其中Ⅱ类围岩T=0.9；Ⅲ类围岩T=1.0；Ⅳ类围岩T=1.1；Ⅴ类围岩T=1.2）。L不小于两倍的岩石节理间距；D不大于三倍的岩石节理间距。铺设锚杆目的是与围岩形成具有一定支护能力的承载拱，达到临时支护的目的；（3）确定巷道围岩已经达到稳定的时候，进行巷道的永久支护，浇筑混凝土形成内拱，使得整个的支护结构的承载力增高；（4）井下巷道断面的形状选择对于支护效果的影响非常大，一般情况下应当保证拱的中心线与巷道的围岩曲线能够达到吻合或者趋近。由此可见抛物线的形状是最合理的。如果围岩变形仍然未能很好地控制，就要构筑底拱相乘封闭的支护形式，从而最大限度地达到围岩的稳定。

2.2 充分利用注浆技术

为了降低井下采煤的影响，最大限度的降低由于开采所导致的渗透水现象爱那个，要充分的利用注浆技术以达到围岩的防渗加固的作用。与此同时，喷锚链和支护配合注浆能够达到很好的抗冻效果。煤炭井下巷道的注浆工作中，注浆的孔间距及孔网参数对于注浆加固的效果影响很大。一般情况下，采取多排孔注浆的方式，布孔方式采取梅花形布孔效果最佳。能够很快的达到注浆加固体的规定厚度，并且还能够有效的降低注浆盲区。其中注浆孔的终孔行距a和排距b可以按照以下公式进行计算：；，其中，R代表注浆浆液的扩散半径。注浆压力的控制可以以地下水的压力为指标进行计算，计算过程为：。控制围岩变形所需要的注浆量是以注浆速度为指标。具体公式为：；其中Q为注浆量；R为注浆浆液扩散半径；L为填充注浆段长度；为浆液的填充率；为注浆浆液损失率。

参考文献

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