基于软岩巷道的支护监测与分析

付计刚　刘岩　沈建波

摘 要：深井开采对于巷道支护要求十分严格，巷道支护的强度不仅是井下运输的保证而且也是保障井下人员安全生产的关键。本文以山东省阳城煤矿-650m南翼大巷为研究对象，对不同类型的支护措施进行实测数据对比。由于该大巷的支护难点是围岩为复合软岩，这就增加了大巷支护的难度，对其井下长期的巷道变形研究十分重要。

关键词：巷道支护 实测数据 复合软岩

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0068-02

随着矿井开采逐步向深入转移，井下复杂的巷道工程面临诸多问题，如冲击地压，复杂构造等，所以巷道支护强度监测技术的研究尤为关键。我国软岩巷道支护研究仍然处于发展阶段，主要是因为大部分巷道的开挖会避开软岩部分，实践当中软岩巷道是根据本矿井实际地质和生产效应的需求来布置。国内学者对软岩支护的理论有轴变理论和开挖系统控制理论[1-2]，认为巷道破坏是高应力改变了巷道轴比，巷道的抗压强度小于各种耦合应力超过其临界值而发生变形；联合支护理论[3]认为软岩巷道的开挖不能单考虑支护强度，还应考虑开挖顺序和支护材料的选择，用刚性材料来对抗软岩问题；围岩松动圈理论[4-5]理论认为，强度很高的围岩巷道其松动圈接近零，相反强度越低围岩巷道的松动圈越大，弹塑性变形越厉害，支护难度越大等。巷道支护技术的发展是巷道支护监测的基础，只有在可行性和可操作性高的巷道支护的保证下，才有必要进一步对其支护的强度进行监测与结果的分析。

1 -650南翼大巷概况

-650水平南翼大巷，包括回风大巷，皮带大巷和轨道大巷，埋深约为700～800m，三条大巷均穿过多条断层，所处地段的岩体为单斜构造，岩层倾角为20°～30°，平均为25°。地质构造十分复杂。大巷的围岩为软岩，主要由泥岩，中砂岩，细砂岩和粉砂岩组成，其抗压强度很低，蠕变性很大，并且大巷的围岩是复合软岩大大增加了整体的支护难度。

2 巷道支护监测

2.1 监测原理和方法

本工程实践用到的主要监测原理是：进行井下巷道现场量测获得对于岩体系统稳定性和支护状态的数据，以测得的数据为基础，通过力学运算和计算机反演来确定支护系统的可靠性和施工对策。

主要的方法是，监控设计内容由现场量测、量测数据处理及量测数据反馈三方面组成。其中现场量测包括的内容有，量测项目、量测手段、量测方法和测点布置。

2.2 现在量测的目的

现场量测是对巷道支护系统分析的重要环节，其数据的可靠程度和多少直接影响分析结果的真实性。现场量测的意义有：（1）为监控设计提供依据和信息。井下工程是埋入地层中的结构物，而地层岩体的变化往往又千差万别，因此仅仅靠事前的露头调查及有限的钻孔来预测其动向，常常不能充分反映岩体的产状和性状。（2）提前预防险情指导正确施工。边施工边监测，通过工人经验和实时观察来反馈信息，达到预报施工的安全程度的目的是一种常用的方法。对于软岩结构的岩体有很大的流变性和蠕变性，不确定因素增多，单靠经验类比的方法误差太大，所以必须以现场量测数据为依据，正确的反演系统的可能发展，才能提前预防，保证安全开采。（3）为后续施工提供了经验和参考。

3 实测数据分析

3.1 原掘大巷分析

主要对原掘大巷锚网支护和注浆加固后巷道围岩变形情况进行对比分析。

从图1、图2可以看出巷道未注浆时，顶板下沉达到60cm左右，两帮移近量达到80～140cm左右，可见巷道变形破坏之严重，无法满足正常运营；注浆后，巷道在15～20d时基本稳定，顶板下沉量在10～200mm左右，两帮移近量达到10～25mm左右，巷道达到稳定，可保障安全工作。

从图3、图4可以看出巷道未注浆时，底板底鼓量达到400～600mm左右，根据实测最大可达800mm，可见巷道底板底鼓之严重；注浆（反底拱）后，巷道在20～30d时基本稳定，底板底鼓量基本在5～15mm左右，巷道达到稳定。

3.2 新掘大巷分析

对新掘段巷道采用一次锚注支护后进行为期一个多月的跟踪变形监测，由图5、图6可以得知：新掘巷道底鼓量最大为20mm（其中左1m测点喷灰后变化较大）；顶板下沉量最大值为25mm，且因为监测误差在20mm波动；两帮移近量最大值不足10mm。该支护方式对软岩巷道的变形效果明显，巷道总体稳定，无大变形。

3.3 巷道顶板监测分析

巷道顶板深部围岩较稳定，未出现较大离层现象，顶板离层已趋于平稳，离层最大值为6mm；巷道左帮离层值大部分为负值，原因可能是该处多点位移计安装出现问题；巷道右帮在监测初期有离层出现，但是10d后离层趋于稳定，最大离层值为23mm。因此可知，巷道围岩在支护结构的作用下基本处于稳定状态。

4 结语

软岩巷道支护的可靠性直接影响矿井的安全开采，通过不同的支护方式来应对不同功能的巷道，以现场量测为主要监测方法来确定巷道的强度是否达到标准运行状态，监测分析既是对该特殊复合软岩巷道的研究方法也为更好的研究复合软岩这一难题提供了可靠的数据；从巷道锚注与非锚注围岩位移曲线可以看出，非锚注段巷道的顶板、底板和两帮变形破坏严重，圍岩位移明显大于锚注段，巷道锚注后巷道的顶板、底板和两帮变形微小，并很快达到了稳定。

参考文献

[1] 李绍春，李仲辉，李首和.锚喷与锚注支护技术在采区煤仓施工中的应用[J].矿山压力与顶板管理，2003（2）：13-15.

[2] 贾安立，李国富，张旭.锚注改性增强技术研究与应用[J].矿山压力与顶板管理，2003（3）：22-23.

[3] 林登阁，宋克志.跨采软岩巷道锚注支护试验研究[J].岩土力学，2002（23）：238-241.

[4] 杨群林，吴茂胜.二次锚网喷加锚注联合支护技术[J].山东煤炭科技，2003（4）：10-11.

[5] 赵庆彪，刘长武.软岩巷道锚注加固系统的“网络”效应[J].金属矿山，2003（12）：21-23.