煤矿回采巷道变形破坏机理及加强其支护探索

程洪飞 李守广 徐继东

（东泉兴矿业集团大兴煤矿，山东 枣庄 277319）

煤矿回采巷道主要是指为煤矿开采形成工作面并为煤矿开采服务的巷道。煤矿回采巷道形态是否完整对矿井通风与矿工通行及开采煤矿运输都产生非常重要的影响。此外，巷道的形态是否完整还严重影响着煤矿开采工作人员的生命安全。为此，在煤矿开采过程中煤矿单位非常重视煤矿回采巷道的完整性与使用性能。

1 回采巷道发生变形破坏的具体表现及所呈现出的基本特点

1.1 回采巷道发生变形破坏的具体表现

回采巷道发生变形破坏具体表现在以下几个方面：巷道断面的面积有所缩减；巷道的支架在压力的作用下发生形变或是折断；“工”字型钢梯支架发生变形；巷道支护的具体形状发生改变等。

1.2 回采巷道发生变形破坏所呈现出的基本特点

回采巷道发生变形破坏所呈现出的基本特点通常表现在以下几个方面：第一，就巷道围岩的稳定情况而言，回采巷道的具体位置如果位于煤层相对稳定的单一煤层中，巷道内部的顶部与底部的板岩比较坚硬，在煤矿开采过程中与煤矿运输过程中能够保持稳定的形状，一般不用采取维护加固措施；当巷道具体位置位于矿井内部岩石成分相对复杂的煤层当中时，在煤矿开采与运输的过程中，巷道的形态会发生不同程度的变形，需要投入一定的维护成本对巷道进行检修与维护。第二，当巷道一侧的煤层被采空，此时煤矿的巷道容易发生变形，而巷道两侧的煤层均为开采时，巷道会在长时间内保持相对稳定的形态。第三，同一巷道内部，处于煤矿开采影响范围内的巷道较非影响范围内的巷道更容易发生变形。

2 导致回采巷道发生变形破坏的主要影响因素

2.1 围岩变形对回采巷道发生变形破坏所产生的具体影响

在进行巷道挖掘施工后，巷道是否会发生形变破坏与围岩应力有着紧密的联系，当围岩应力过小，在围岩屈服极限之内，此时巷道处于非常未定的状态下，无需采取支护手段。当围岩应力过大，远远超过围岩的屈服极限时，此时围岩的弹性状态便会消失，转而呈现为塑性状态，在塑性范围内的围岩统称为塑性区。塑性状态下的围岩在外力的作用下容易产生围岩塑性变形，进而导致巷道发生变形。当巷道支护所承受的阻力不变的情况下，此时巷道内部的塑性区域半径与塑性区域周围的位移情况随巷道内围岩强度的变大而发生减小。在这种情况下，巷道如果是见顶见底的或是处于上分层时，巷道的形态会处于一种相对稳定的状态之下，而处于这种状况下的处于断层带内的巷道，或是处于煤层比较松软的区域的巷道，巷道的稳定性就很难得到保障，容易发生变形。

2.2 重叠支撑压力对巷道变形破坏所产生的具体影响

当煤矿回采巷道处于一侧已经被采空的煤体内时，随着煤矿开采面的不断向前推移，此时煤矿回采巷道会受到来自采空区内部所剩余的支撑力与煤矿开采面所产生的超前支撑力的双重压力。在双重压力的作用下，煤矿回采巷道所受到的采空区的残余压力不会因开采界面的推移而发生位移，而开采面所产生的超前支撑压力会随着开采面对转移而转移，为此在煤层向采空区凸出的拐角处会产生高于原岩应力数倍以上的重叠支撑压力。在这种强大的压力作用下，煤矿回采巷道会发生严重的变形破坏。

2.3 巷道支护对回采巷道变形破坏所产生的具体影响

在单一分层的巷道内部，巷道内部的顶板相对完整，岩层结构也比较单一，这种巷道在煤矿开采与运输的过程中一般不会发生变形，此时通常采用工字钢梯形支架或是木支架来进行巷道支护。在下分层回采巷道中，巷道受到来自煤矿采动压力与巷道围岩应力的共同作用，此时巷道中支架所承受的压力严重超过了支架固有的承压范围，木支架在压力的作用下会折断，而工字钢支架则会在压力的作用下发生严重的变形，此时支架的两帮腿便会向巷道中间挤出,支架折断或是变形导致支架的承压能力消失或是下降，导致巷道棚距拉大或是导致巷道加强支护滞后,种种状况都会导致巷道发生变形，不利于煤矿开采工作的进行。

3 巷道发生变形破坏需要加强支护

从分析可知,既然回采巷道在工作面向前推进进程中不可避免地要遭到采动压力、相邻采空区残余支承压力的共同作用，那么为防止回采巷道变形与破坏，就必须对其进行加强支护。加强支护原则上应满足以下条件:第一，减少塑性区的扩展范围；第二，增加塑性区围岩的强度，提高围岩的自承能力；第三不使巷道内的原基本支架受力状况恶化；第四不影响巷道使用；第五经济、方便。另外，对加强支护范围应根据不同的地质条件和支护形式确定。一般情况下，普遍采用在工作面前方0-50m进行加强支护。

加强支护的方式，应依据以上的选择原则，并结合现场的实际情况加以确定。这种支护的作用机理是将无加强支护时“支架——围岩”作用体系变成“支架——加强层——围岩”三位一体共同作用体系，其作用具体表现在以下几个方面：第一，增加了加强支护，使基本支架与围岩的外载比较均匀地作用在基本支架周围，改善了支架的受力状况；第二加强支护与基本支护共同作用，有效地减少了围岩塑性区的扩展范围，进而减少了巷道的周边位移；第三该支护方式经济方便，不影响巷道使用。

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