深井水平薄层顶板巷道支护原则及控制技术

李佩涛

摘 要：针对深井巷道围岩变形特征和破坏特点所进行分析和研究，分析了深井水平薄层顶板巷道围岩强化控制技术原理：锚杆支护对巷道围岩应力场优化、围岩体强度强化以及围岩承载结构协调化，提出了相应的失稳变形控制对策。

关键词：深井；薄层顶板；巷道围岩控制技术

中图分类号：TD821 文献标识码：A

一、深井水平薄层顶板巷道支护原则

岩石开掘后，仍具有一定的残余强度，松动破裂的围岩仍有一定的承载能力，

围岩既是支护压力作用的对象又是抵抗压力的承载体，其承载作用往往是支护的主体。巷道支护中，一般要遵循下面几个原则：

1围岩的残余强度的维护和保持原则。水或风化的作用后会使一般软岩的强度降低。为了防止围岩风化潮解，减少围岩强度的损失就应该在开巷后第一时间喷射混凝土封闭岩面；采用光面爆破技术施工，有利于保持巷道围岩的强度。

2围岩的残余强度的提高原则

（1）改善围岩应力状态，提高围岩整体支承能力，开掘后及时主动支护，使二维应力状态向三向应力转移，提高围岩残余强度；（2）采用锚杆、网、索主动支护。大量的工程实践表明，锚杆、索的锚固力能将破碎的围岩重新固定起来，提高了破碎围岩的残余强度，使其形成较高的可塑性及承载性。（3）特别破碎围岩，采用注浆技术。对于非常严重破碎的岩体，锚杆支护就不能达到要求，这种情况下就应该进行注浆，使破碎围岩具有一定的整体性，可以再配合锚杆支护。这样就提高了严重破碎围岩的残余强度。所以注浆方式根据现场围岩破碎情况分为单独注浆，或是采用锚注式锚杆。

3充分发挥围岩承载能力原则。

二、深井水平薄层顶板巷道控制技术

1顶部注浆防泥化控制技术

Z.Langof通过对世界上许多地下硐室围岩压力的总结和分析，发现坚硬岩石中地下硐室周边的围岩压力极不对称，大压力区和小压力区往往相间出现，且最大压力出现在边墙和墙角，其值数倍于拱顶中心；而软岩硐室的地压在硐周分布较为均匀和对称，最大压力多出现在拱顶中心。顶板泥岩巷道自身强度低，承载性能差，在高应力作用下很快发生早期松散膨胀变形；加之裂隙水的水理作用，泥化趋势加剧，使顶板岩层很快失去承载性能，造成巷道顶板的大幅度弯曲下沉。过度的变形下沉就可能造成顶板岩梁的破断继而造成巷道垮冒。因此，这类巷道围岩稳定性控制的关键首先是防治顶板岩层泥化控制技术，而顶部注浆就是防泥化的最有效手段。

通过在顶板岩层中施工注浆，浆液与顶部岩层中的裂隙密合，封堵渗水通道，有效减弱泥质岩体的泥化水理作用，积极预防顶板泥岩泥化过程和亲水时间，减弱泥岩膨胀变形效应。如图1所示。

2帮部桁架防挤出控制技术

由于煤层中存在薄层夹矸，这个薄层夹矸在周围裂隙渗水贯通的情况下同样发生象顶板泥岩遇水泥化膨胀鼓出的现象。另外一种情况是，大断面巷道帮部高度较大，高帮在高地应力作用下极易发生屈曲层裂。这些情况都属于巷道承载结构的不协调，这些部位是最敏感最脆弱的受力大变形部位，都需要针对性进行加强支护。因而，在巷道帮部采用桁架加固技术防治帮部泥岩夹矸遇水泥化膨胀鼓出。如图2所示。

3深井水平薄层顶板巷道变形失稳控制对策

复合顶板的渐进离层垮冒，是影响巷道围岩稳定的关键因素之一，高预应力支护是在此过程中充分调动此类巷道特殊的结构效应和围岩自身的稳定性，控制顶板的两类离层和垮冒，安全状况和支护效果得到很大提升。

3.1 提高锚杆的预应力，能够对松脱区岩体与上位岩体及时挤压加固，减缓顶板岩石松脱范围的扩大。

3.2 通过扩大锚固范围来加强上部顶板弱面强度，调动深部巷道围岩的稳定性和自身强度，提升顶板变形刚度，消除顶板的渐次离层和垮冒。

3.3 当顶板的不稳定层厚很大时，锚固区域达不到深部的稳定岩层时，可以利用巷道上帮角的围岩挤压区来建立承载结构，从而产生反力矩，减小水平应力作用产生顶板岩层的破坏，也可预防顶板锚固结构失效时的突发垮冒。

参考文献

[1]袁亮.高瓦斯矿区复杂地质条件安全高效开采关键技术[J].煤炭学报，2006.

[2]马崇山.厚泥岩顶板支护理论与实践[J].陕西煤炭，2011.endprint

摘 要：针对深井巷道围岩变形特征和破坏特点所进行分析和研究，分析了深井水平薄层顶板巷道围岩强化控制技术原理：锚杆支护对巷道围岩应力场优化、围岩体强度强化以及围岩承载结构协调化，提出了相应的失稳变形控制对策。

关键词：深井；薄层顶板；巷道围岩控制技术

中图分类号：TD821 文献标识码：A

一、深井水平薄层顶板巷道支护原则

岩石开掘后，仍具有一定的残余强度，松动破裂的围岩仍有一定的承载能力，

围岩既是支护压力作用的对象又是抵抗压力的承载体，其承载作用往往是支护的主体。巷道支护中，一般要遵循下面几个原则：

1围岩的残余强度的维护和保持原则。水或风化的作用后会使一般软岩的强度降低。为了防止围岩风化潮解，减少围岩强度的损失就应该在开巷后第一时间喷射混凝土封闭岩面；采用光面爆破技术施工，有利于保持巷道围岩的强度。

2围岩的残余强度的提高原则

（1）改善围岩应力状态，提高围岩整体支承能力，开掘后及时主动支护，使二维应力状态向三向应力转移，提高围岩残余强度；（2）采用锚杆、网、索主动支护。大量的工程实践表明，锚杆、索的锚固力能将破碎的围岩重新固定起来，提高了破碎围岩的残余强度，使其形成较高的可塑性及承载性。（3）特别破碎围岩，采用注浆技术。对于非常严重破碎的岩体，锚杆支护就不能达到要求，这种情况下就应该进行注浆，使破碎围岩具有一定的整体性，可以再配合锚杆支护。这样就提高了严重破碎围岩的残余强度。所以注浆方式根据现场围岩破碎情况分为单独注浆，或是采用锚注式锚杆。

3充分发挥围岩承载能力原则。

二、深井水平薄层顶板巷道控制技术

1顶部注浆防泥化控制技术

Z.Langof通过对世界上许多地下硐室围岩压力的总结和分析，发现坚硬岩石中地下硐室周边的围岩压力极不对称，大压力区和小压力区往往相间出现，且最大压力出现在边墙和墙角，其值数倍于拱顶中心；而软岩硐室的地压在硐周分布较为均匀和对称，最大压力多出现在拱顶中心。顶板泥岩巷道自身强度低，承载性能差，在高应力作用下很快发生早期松散膨胀变形；加之裂隙水的水理作用，泥化趋势加剧，使顶板岩层很快失去承载性能，造成巷道顶板的大幅度弯曲下沉。过度的变形下沉就可能造成顶板岩梁的破断继而造成巷道垮冒。因此，这类巷道围岩稳定性控制的关键首先是防治顶板岩层泥化控制技术，而顶部注浆就是防泥化的最有效手段。

通过在顶板岩层中施工注浆，浆液与顶部岩层中的裂隙密合，封堵渗水通道，有效减弱泥质岩体的泥化水理作用，积极预防顶板泥岩泥化过程和亲水时间，减弱泥岩膨胀变形效应。如图1所示。

2帮部桁架防挤出控制技术

由于煤层中存在薄层夹矸，这个薄层夹矸在周围裂隙渗水贯通的情况下同样发生象顶板泥岩遇水泥化膨胀鼓出的现象。另外一种情况是，大断面巷道帮部高度较大，高帮在高地应力作用下极易发生屈曲层裂。这些情况都属于巷道承载结构的不协调，这些部位是最敏感最脆弱的受力大变形部位，都需要针对性进行加强支护。因而，在巷道帮部采用桁架加固技术防治帮部泥岩夹矸遇水泥化膨胀鼓出。如图2所示。

3深井水平薄层顶板巷道变形失稳控制对策

复合顶板的渐进离层垮冒，是影响巷道围岩稳定的关键因素之一，高预应力支护是在此过程中充分调动此类巷道特殊的结构效应和围岩自身的稳定性，控制顶板的两类离层和垮冒，安全状况和支护效果得到很大提升。

3.1 提高锚杆的预应力，能够对松脱区岩体与上位岩体及时挤压加固，减缓顶板岩石松脱范围的扩大。

3.2 通过扩大锚固范围来加强上部顶板弱面强度，调动深部巷道围岩的稳定性和自身强度，提升顶板变形刚度，消除顶板的渐次离层和垮冒。

3.3 当顶板的不稳定层厚很大时，锚固区域达不到深部的稳定岩层时，可以利用巷道上帮角的围岩挤压区来建立承载结构，从而产生反力矩，减小水平应力作用产生顶板岩层的破坏，也可预防顶板锚固结构失效时的突发垮冒。

参考文献

[1]袁亮.高瓦斯矿区复杂地质条件安全高效开采关键技术[J].煤炭学报，2006.

[2]马崇山.厚泥岩顶板支护理论与实践[J].陕西煤炭，2011.endprint

摘 要：针对深井巷道围岩变形特征和破坏特点所进行分析和研究，分析了深井水平薄层顶板巷道围岩强化控制技术原理：锚杆支护对巷道围岩应力场优化、围岩体强度强化以及围岩承载结构协调化，提出了相应的失稳变形控制对策。

关键词：深井；薄层顶板；巷道围岩控制技术

中图分类号：TD821 文献标识码：A

一、深井水平薄层顶板巷道支护原则

岩石开掘后，仍具有一定的残余强度，松动破裂的围岩仍有一定的承载能力，

围岩既是支护压力作用的对象又是抵抗压力的承载体，其承载作用往往是支护的主体。巷道支护中，一般要遵循下面几个原则：

1围岩的残余强度的维护和保持原则。水或风化的作用后会使一般软岩的强度降低。为了防止围岩风化潮解，减少围岩强度的损失就应该在开巷后第一时间喷射混凝土封闭岩面；采用光面爆破技术施工，有利于保持巷道围岩的强度。

2围岩的残余强度的提高原则

（1）改善围岩应力状态，提高围岩整体支承能力，开掘后及时主动支护，使二维应力状态向三向应力转移，提高围岩残余强度；（2）采用锚杆、网、索主动支护。大量的工程实践表明，锚杆、索的锚固力能将破碎的围岩重新固定起来，提高了破碎围岩的残余强度，使其形成较高的可塑性及承载性。（3）特别破碎围岩，采用注浆技术。对于非常严重破碎的岩体，锚杆支护就不能达到要求，这种情况下就应该进行注浆，使破碎围岩具有一定的整体性，可以再配合锚杆支护。这样就提高了严重破碎围岩的残余强度。所以注浆方式根据现场围岩破碎情况分为单独注浆，或是采用锚注式锚杆。

3充分发挥围岩承载能力原则。

二、深井水平薄层顶板巷道控制技术

1顶部注浆防泥化控制技术

Z.Langof通过对世界上许多地下硐室围岩压力的总结和分析，发现坚硬岩石中地下硐室周边的围岩压力极不对称，大压力区和小压力区往往相间出现，且最大压力出现在边墙和墙角，其值数倍于拱顶中心；而软岩硐室的地压在硐周分布较为均匀和对称，最大压力多出现在拱顶中心。顶板泥岩巷道自身强度低，承载性能差，在高应力作用下很快发生早期松散膨胀变形；加之裂隙水的水理作用，泥化趋势加剧，使顶板岩层很快失去承载性能，造成巷道顶板的大幅度弯曲下沉。过度的变形下沉就可能造成顶板岩梁的破断继而造成巷道垮冒。因此，这类巷道围岩稳定性控制的关键首先是防治顶板岩层泥化控制技术，而顶部注浆就是防泥化的最有效手段。

通过在顶板岩层中施工注浆，浆液与顶部岩层中的裂隙密合，封堵渗水通道，有效减弱泥质岩体的泥化水理作用，积极预防顶板泥岩泥化过程和亲水时间，减弱泥岩膨胀变形效应。如图1所示。

2帮部桁架防挤出控制技术

由于煤层中存在薄层夹矸，这个薄层夹矸在周围裂隙渗水贯通的情况下同样发生象顶板泥岩遇水泥化膨胀鼓出的现象。另外一种情况是，大断面巷道帮部高度较大，高帮在高地应力作用下极易发生屈曲层裂。这些情况都属于巷道承载结构的不协调，这些部位是最敏感最脆弱的受力大变形部位，都需要针对性进行加强支护。因而，在巷道帮部采用桁架加固技术防治帮部泥岩夹矸遇水泥化膨胀鼓出。如图2所示。

3深井水平薄层顶板巷道变形失稳控制对策

复合顶板的渐进离层垮冒，是影响巷道围岩稳定的关键因素之一，高预应力支护是在此过程中充分调动此类巷道特殊的结构效应和围岩自身的稳定性，控制顶板的两类离层和垮冒，安全状况和支护效果得到很大提升。

3.1 提高锚杆的预应力，能够对松脱区岩体与上位岩体及时挤压加固，减缓顶板岩石松脱范围的扩大。

3.2 通过扩大锚固范围来加强上部顶板弱面强度，调动深部巷道围岩的稳定性和自身强度，提升顶板变形刚度，消除顶板的渐次离层和垮冒。

3.3 当顶板的不稳定层厚很大时，锚固区域达不到深部的稳定岩层时，可以利用巷道上帮角的围岩挤压区来建立承载结构，从而产生反力矩，减小水平应力作用产生顶板岩层的破坏，也可预防顶板锚固结构失效时的突发垮冒。

参考文献

[1]袁亮.高瓦斯矿区复杂地质条件安全高效开采关键技术[J].煤炭学报，2006.

[2]马崇山.厚泥岩顶板支护理论与实践[J].陕西煤炭，2011.endprint