探讨煤矿深部巷道支护的研究现状及存在问题

姚鑫

摘 要：在我国的煤炭储存中，有74.4%的煤炭处于600 m以下底层，每年正以9～11 m速度向煤矿深部进行开采，通过实践表明，有43%～79%的深井需对其进行翻修，深井巷道明显特点是，在巷道开挖过程中，由于矿压导致收敛变形，该特点是因为深井巷道的围岩出现破裂及破裂范围较大决定。本文主要分析煤矿深部巷道支护的研究现状，提出目前存在的问题。

关键词：煤矿深部巷道 支护 研究现状 问题

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0100-01

随开采深度的增加，深部煤矿开采会引起不利变化，给煤矿安全生产造成严重问题，矿压过大和温度过高，均隐藏着许多地质灾害。因此，对于深部开采条件下的存在问题，目前尚未有系统的研究。笔者根据自身多年的从业经验，对煤矿深部巷道的支护研究现状进行分析，并分析其存在的问题，现总结如下。

1 深井巷道研究进展

首先，国外研究进展。国外在20世纪80年代就开始研究深井问题，在1983年，就有前苏联学者专题研究大于1600 m深矿井的开采问题，西德构建了模拟试验台，对1600 m的三位矿压展开专门的模拟试验。通过20年的发展，国内外学者深入研究了软岩变形、岩爆防治、岩爆预测、软岩防治、隧道涌水量等问题，并获得很大进展。例如，澳大利亚、波兰、美国等深井矿山开采国家，其政府和工业部门密切配合研究机构，加大财力、人力的投入，按照深部开采技术、理论，进行基础问题研究。

其次，国内研究进展。随着我国科学技术进步，国民经济不断发展，加大对复杂地质条件的公路隧道和长深铁路等修建投入，为防止深部开采事故，发展、应用了很多先进科学理念、技术。对于信息化施工、岩爆防治和软岩支护等问题，隧道工程部门、重庆大学、中国矿业大学、西南交通大学、中南大学等展开大量实践研究，并积累了许多实践经验，具备进行深部巷道支护研究的条件。例如在九五时期，中国矿业大学展开了深部煤矿开发灾害防治、预测研究，中南大学则对千米深井的岩爆机制、控制技术进行研究，北京科学大学对抚顺老虎台的矿针展开研究，武汉岩土所也对峒室稳定性、优化性进行研究，获得了非常重要的价值成果。

2 深井巷道矿压显现研究现状

针对深井支护问题，主要有两个决定因素：矿井岩性和矿井深度。处于深井状态下进行开采，其原岩应力大小与围岩力学性质，呈现出显著巷道支护难度，难以控制其变形。针对深部开采深度，各国煤矿开采技术水平、地质条件、矿井装备均不尽相同。根据前苏联有些学者研究，将大于600 m矿井纳入深井范围，有些学者将大于800 m纳入深井范围，原西德学者将800～1200 m确定深部开采，将大于1200 m纳入超深开采范围。英国、波兰的深部开采起点是750m。而我国对于深井开采并没有明确规定，国内学者提出我国深部开采起点是800 m，有些软岩矿井是600 m。

通常开采大于600 m以后，深井巷道显现出矿压特点，随开采深度增加，矿压显现就越明显，矿压显现主要表现如下特点：

第一，巷道围岩的变形量较大，变形速度较快，主要呈低鼓变形，顶板下沉量比较小，巷道周围的变形区域较大。

第二，巷道发生持续变形，围岩呈现明显流变性的变形，对巷道进行反复维修，随时间增加，支护费用也随之增加。

第三，对采煤工作面进行回采，使巷道围岩变形加剧，若采深越大，其开采影响范围就越大，其影响程度就越强烈。

第四，深部煤柱多数巷道在进行掘进、使用期间，就不断发生围岩变形，其变形速率无下降趋势。

3 深井巷道的围岩稳定性控制的研究现状

目前，我国在进行矿井深部开采时，多数建立适合本矿基础的围岩稳定性设计方案。例如，开滦矿务局和中国矿业大学进行全力合作，将松动圈作为指标，将赵各庄的深部巷道实施分类。掘出淮南九龙岗矿之后，以10 d时两帮移近平速度对巷道稳定性进行监测、判断。陆士良教授认为，巷道岩体的任一一点发生径向卫衣，同周边位移进行比算，其比值是深表比，深表比可显示锚杆支护巷道岩体深处、周边位移的规律。通过我国一些矿业学者试验研究各类煤矿巷道深表比、岩体位移，总结出如下几点：

首先，处于原岩应力作用下，掘巷围岩力分布同深表比变化规律相同，处于巷道周边时，深表比最大。处于围岩深入时，按照负指数的曲线进行衰减。

其次，巷道受到动力影响，特别是相邻采空区同工作面回采，产生支承压力和叠加作用力，巷道周边、岩体深部均发生强烈支承作用，引起大范围塑形变形。

所以，不仅巷道周边发生位移的数值较大，围岩变形规律同单一巷也不一致，深表比的衰减极为缓慢。若某巷道受到动力影响，因为受采动力、开采深度与围岩性质差异，周围位移量通常在200～1000 mm之间，岩体深部会发生明显位移，位移范围通常在6～17 m之间。近年来，对于深部巷道支护理论、技术上，均取得了较大的进展，张农等学者对深部三软煤层的巷道支护进行研究，提出加固帮角、高阻让压支护、强化顶板等方式，确保围岩的稳定性，保证支护的安全问题。通过对1600 m的开采深度巷道移近量显示：刚性支架在1600 m出无法使用，处于稳定砂岩时，可选择碎石壁、拱形可缩支架充填，处于稳定岩层时，选择专门材料充填壁后。

4 煤矿深部巷道支护的存在问题

由于我国地域辽阔，具有较多的煤层开采区域，而且赋存地质状况变化较为频繁，若实施不合理支护方法，冒顶事故极易导致伤人事故。许多学者对于离层控制、顶板安全、离层监测等方面取得了较大成果，然而目前仍存在许多未解决问题：

首先，对于深井巷道支护，其支护方式处在试验时期，没有形成一个真正适用于深部巷道支护的研究理论。

其次，对于深部巷道支护，通常都是按照浅部支护基础上强化，选择二次、三次支护，通常是按照经验开展支护设计。

最后，在进行支护时，通常无具体地应力测试、围岩物理学测试作为设计标准。

5 结语

通过上文所述，我国对于深部巷道支护研究，主要关于矿压显现、围岩稳定性控制这两个方面，且取得了较大的价值成果。而仍有一些支护理论、支护设计、支护测试等方面问题，因此，我们必须加强科学实验，进一步保证煤矿深部巷道支护科学性、安全性。

参考文献

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