深井巷道掘进对相邻巷道扰动规律的分析

蒋孝海

（广东宏大爆破股份有限公司， 广东 广州 510000）

近年来，我国采矿业从分散型逐渐向集约型转变，煤矿开拓设计观念也在转变，致使大量煤矿出现多类多条巷道集中布置，呈现出巷道群的布局。该类矿井初期多采用立井单水平多翼开采，开拓巷道拨门后直接进入煤层布置采煤工作面，在工作面回采后期，致使多条大巷及其硐室群受到采动影响，随着开采深度的增加，巷道围岩力学性质恶化，巷道变形越来越剧烈［1－3］。

1 工程概况

朱集东矿井井田面积大，煤层埋藏深，表土层厚，瓦斯大、地温高、地压大，根据井田特点，采用立井、多水平、分组集中大巷、分区通风、集中出煤的开拓方式。

全井田划分为两个生产水平，其中一水平设于－906m，开采13－1煤层，在－985m设一辅助水平，开采11－2煤层；二水平标高暂定－1070m，开采B组煤。沿井田走向划分为4个块段，即东一、东二块段，西一、西二块段，将东一块段划分为南北盘区，矿井投产移交东一（11－2）北盘区。

向东的各条巷从北向南分别是：北岩石回风大巷、东翼胶带机大巷、南岩石回风大巷、北轨道大巷、南轨道大巷。北回风巷与东机巷的平面位置相距65～45m，大部分与－891m同一标高；东机巷与南回风巷的平面位置间距是60m，垂直高差是15m；南回风巷与北轨巷平面位置间距为25m，大部分在－906m标高水平；南、北轨巷间距为47m。如图1所示。

图1 巷道布置

2 巷道群相互扰动影响规律分析

2.1 施工时间安排及掘进工艺和支护形式

－885m轨道大巷从2009年7月份开始施工，到2009年11月底结束，前期采用架29U型棚施工，棚距700mm；后期采用架36U型棚施工，棚距700mm；东翼南岩石回风大巷过－906～－885m轨道斜巷后，与－885m轨道大巷平行施工，从2009年9月到2009年12月施工到首采面轨道顺槽下方，该巷道采用综掘，支护形式采用架29U棚，棚距700mm，滞后每3棚补打1根顶部和2根肩部锚索。

东翼胶带机大巷在－906～－885m轨道斜巷的东翼，施工时间从2009年9月到2009年11月底，使用炮掘施工，其后面向东施工采用综掘，支护形式都采用架29U棚，棚距700mm，滞后每3棚补打3根顶部和肩部锚索。

2.2 巷道围岩变形规律

从东翼几条巷道的现场实地观察看，巷道的压力显现主要表现为：顶板下沉、底板鼓起，侧向压力显现不明显。一般在迎头向后50～100m矿压显现就十分强烈。架U型棚巷道直接表现为顶梁压平；锚网支护巷道表现为拱顶下沉变平。顶板下沉量一般在0.1～0.3m，局部达0.5m。底板鼓起一般在0.3～0.5m，局部达0.7m。

－885m轨道大巷岩性主要为花斑泥岩，岩性较差，埋深大，地应力高，受相邻巷道（东翼胶带机巷和东翼南岩石回风大巷 ）开挖扰动影响，处于应力集中区，巷道变形明显加剧。东翼南岩石回风大巷施工，因滞后－885m轨道大巷1～2月掘进。使－885m轨道大巷开挖后形成的一次平衡应力再次被破坏。后期改架36U型棚施工，锚索及时跟进后，基本满足巷道施工要求。

东翼胶带机大巷滞后－885m轨道大巷2个月进行炮掘作业，施工了3个月后改为综掘。炮掘进度慢，炮掘开挖对－885m轨道大巷的扰动影响非常剧烈，综掘扰动影响相对较小。－885m轨道大巷在自身围岩还没有稳定，南侧的东翼南岩石回风大巷的开挖，而后的北侧东翼胶带机的开挖使其围岩处于南北两条巷道的应力的叠加区。来压明显，变形极其严重。矿压显现为29U型棚拱顶部分多处被压成麻花状大变形。轨道发生倾斜，巷道拱顶下沉，部分29U型棚歪斜，部分拱顶处笆片破坏，巷道底鼓严重，底板处出现裂缝，顶板下沉一般达100～300mm，最大下沉量500mm，底鼓一般达300～500mm，最大值达800mm，两帮收敛一般在80～200mm。左右补打了顶部和肩部的锚索后，巷道的变形量和变形速度明显变小，这说明采用锚索补强后比单独使用29U型棚支护更能限制巷道变形。

2.3 巷道围岩受力破坏分析

随着相邻岩石回风（南）巷和东翼胶带机巷的掘进，因受开挖扰动的影响，监测断面的日变形量、变形速度显著增加，后掘巷道的跟进使先掘巷道围岩中形成了一定程度的剪切应力集中，从而使巷道在剪切应力作用下，其围岩发生剪切应力破坏，当围岩达到强度极限后，巷道表面就会产生变形破坏。在先掘巷道两侧均开挖巷道后，先掘巷道巷道围岩应力的集中系数有所升高，且应力集中范围也相应的有所扩大，这主要是两侧巷道先后开挖后，采动引起的底板应力集中叠加作用的结果。在相邻巷道掘过测站一周时间内，巷道的变形有增大的趋势，同时两侧同时掘进巷道垂直应力对先掘巷道影响都较大，是引起巷道围岩变形的重要因素，先掘巷道受剪切应力的影响也较大；不管是垂直应力变化还是剪切应力变化，都对先掘巷道的围岩变形起到了促进作用［4－7］。另外，测站处的锚索测力计显示巷道肩部的锚索拉力均增大。这也说明岩石回风巷（南）东翼胶带机巷的掘进对巷道产生了很大的扰动影响。

根据安装的锚索测力计监测结果，扰动影响剧烈期间，巷道围岩剪切应力分布不平衡，从而会导致巷道发生剪切破坏变形，顶部锚索受力最大，两肩部锚索受力较小。这说明巷道顶部承受较大的压力。锚索受力最大，顶部达228.13kN（约3.8t）。巷道掘出后，围岩应力集中，应力升高超过巷道围岩的强度极限时，巷道便产生变形破坏，巷道围岩处于破裂松动状态（残余强度状态）时，由于这部分围岩已失去自承能力，围岩稳定性差，巷道变形量大，导致支护变得困难。随着时间的推移，变形速度逐渐减小下来，而趋于稳定，应力调整期一般为3个月左右。底臌量占巷道变形量的比例较大。

3 结论和建议

（1）设计规范对深部巷道群各大巷的间距、垂距，应根据垂深（大于800m）作必要的调整。

（2）深部巷道支护采用单一的架U型棚已不能满足现场的支护要求，必须采用复合支护的形式，即架U型棚＋锚索＋喷注浆或外锚网（索）内U型棚，且锚索支护滞后迎头不得大于50m。

（3）根据矿压显现和扰动影响的规律，对于巷道群相邻巷道施工时间滞后或超前4个月以上，巷道两侧避免同时掘巷。

（4）为了控制底臌量，除了应将底板积水及时排出外，还应增加防治底鼓的技术措施，如在两帮墙角底板上0.2～0.3m处施工帮脚锚杆（俯角30°～45°），以便防止底鼓和两帮的挤出。

［1］ 郭洪文.深部巷道大松动围岩位移分析及运用［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2001.

［2］ 谢和平，彭苏萍，何满潮.深部开采基础理论与工程实践［M］.北京：科学出版社，2006.

［3］ 苏雪贵.悬移支架工作面采动对巷道支护影响规律研究［J］.太原理工大学学报，2011（1）.

［4］ 杨永康.大厚度泥岩顶板煤巷破坏机制及控制对策研究［J］.岩石力学与工程学报，2011（1）.

［5］ 康天合.薄层状破碎顶板综采切眼锚固参数与锚固效果［J］.岩石力学与工程学报，2004（S4）.

［6］ 郝进海.巨厚薄层状顶板回采巷道围岩裂隙演化规律的相似模拟试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2004（19）.

［7］ 张克春，李 刚.软岩巷道变形规律的数值模拟研究［J］.矿业研究与开发，2009，29（3）：15－16，23.