浅谈井下地质构造对巷道支护的影响

赵向阳

(山西省宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045008)

0 引言

在井下巷道掘进的过程中经常会遇到各种特殊类型的地质构造，这些地质构造的特殊性往往会对巷道支护作业造成很严重的影响。在所有类型结构中，褶皱是井下最常见的地质构造类型。在巷道掘进的整体过程中往往会伴随着一些能量的释放，而当能量的释放超过一定范围之后，就会使得整体的巷道支护难度变大，相关作业人员的安全也会受到非常严重的威胁。在整体井下巷道支护的过程中，即使在大范围内更好地进行锚杆支护的操作，也仍然会发生变形。因此需要根据井下地质构造对巷道支护的影响进行全面地分析，希望能够更好地给大家提供意见和建议。

1 巷道支护的作用和材料

1.1 巷道支护的作用

巷道支护的目的是为了更好地缓和和减少围岩的移动，在生产活动的过程中更好地防止巷道断面不过度缩小，同时通过有效阻止围岩的移动来使得巷道的断面不容易缩小[1]。要想让巷道支护的效果变得更好，主要取决于支架本身承载能力的大小、围岩的性质、支架力学的性质、支架设置的密度和支架安装的时间等因素。

1.2 巷道支护材料

煤矿巷道的支护材料从木支护、型钢支护过渡到了锚杆支护。从使用的频率和效果来看，锚杆支护是最经济有效的支护，它不仅能够有效地降低支护本身的使用效果，而且也能够降低支护使用的成本，同时减轻劳动工作强度，最终为煤矿的安全生产奠定良好的条件。

2 常见的地质构造类型

2.1 小断层

在煤矿作业的整体过程中，小断层是一种最常见的井下地质构造，这种地质构造类型对于巷道支护将产生非常重要的影响。发生小断层最明显的标志是煤层的顶板发生位移或者位移变得非常明显。在此过程中，煤层的厚度也在慢慢减小，而尖灭的现象也将越来越明显。随着巷道的不断延生，其煤层的厚度又将慢慢变大，最终出现相关的现象。如果在岩石层的中间发生了揉皱的现象，通常就表明地质构造发生了变化，这对巷道支护将产生非常严重的影响。

2.2 复合顶板

在整个煤层的结构中，直接顶、伪顶和老顶是3种主要的顶板结构。而且在煤层的顶板中普遍存在着多处的薄煤线。通常情况下，不管是何种顶板结构都会直接存在于直接顶和伪顶的接触面中。另外，复合顶板主要是由薄岩层和煤线一起组成的。如果在整个复合顶板的结构内部加入适当的巷道支护，如果不及时处理的话，势必会对整体结构产生影响。所以，如果想要顺利地开展巷道支护的工程，就一定要对整个复合顶板的施工过程进行充分高度的重视。

2.3 小褶皱

小褶皱是最能够影响巷道支护的一种重要现象。特别在巷道支护的过程中，小褶皱发展得相当频繁。在整体煤矿掘进和挖掘的过程中，煤矿顶板的主要构造为挠曲的构造，整体构造具有非常大的规模，而且内部的形状特征也会变得非常不规则，最终会出现巷道周围支护煤矿层发生变形的现象，甚至在整个操作的过程中出现冒顶的现象。在整体煤矿掘进的过程中，小褶皱的发生通常会给巷道支护造成很大的影响[2]。对于煤矿的巷道人员来说，如果遇到小褶皱现象的话，尤其要及时地避开，并及时结合有效的解决方法来更好地解决相关的问题，最终才能够使得巷道支护更加顺利地进行。

3 构造对巷道的影响与实例分析

3.1 构造应力对巷道支护的影响

在地质构造对巷道支护整体影响的过程中，构造应力的存在也会在很大程度上更加广泛地对巷道产生影响。构造应力的产生对于巷道的掘进、支护和其他所有的环节都会产生影响。因为在整体巷道采掘的过程中，尤其容易发生冒顶和片帮的现象，因此整体巷道的掘进不仅难以顺利进行，而且巷道的掘进往往难以成型。受地质条件的影响，巷道支护的方式也会因此产生问题，所以非常容易产生锚杆与锚索断裂的行为。在整体操作的过程中，顶板和两帮都会发生剧烈的位移。在采动应力和构造应力双重作用下，巷道在操作过程中的影响也会由此进一步增强。如果此时没有对支护的参数进行全面有效的设置，支护的应力场将很难继续维持下去，如果任其发展下去，其巷道本身的变形情况将会越来越严重，最终就会引起巷道损毁和对地压的冲击，最终引发事故。因此在考虑地质构造对巷道支护所产生的影响时，其中最重要的是应该把构造应力对巷道的影响考虑进去。

3.2 实际案例分析

某煤矿的回采面为东翼首采区的回风巷，当巷道通过背部斜轴的区域作业到1 200 m的时候，上部的围岩就会发生破裂，顶板也出现了沉降的现象。在整体操作的过程中，多处锚杆也就会发生断裂。经过检测，这是因为构造区的应力支护需求发生了变化，支护工艺没有办法很好地满足需求所导致的。因此借助相关模拟的手段提出了加强支护的方案。原来整个巷道支护的顶部的锚杆长度为2 400 mm，直径为22 mm，极限的拉力值为260 N·m，延伸率为20%。在整体加工的过程中主要是通过树脂对锚杆进行加工，再对其预应力控制在500 N·m，把锚杆的间排距控制在1 000 mm×1 000 mm，并选择W型钢带进行加强支护，巷道支护如图1所示。

图1 巷道支护布设示意图

从图2中可以看出，在原巷道支护方式的操作下，顶板下沉的总量大概在400 mm左右，巷道两边的距离为420 mm。在使用了新的支护方式之后，巷道周围岩石移动的变形量将呈现大幅度缩短的态势，这充分表明如果选择了新的支护方式，其巷道移动变形将能够得到更加有效的控制。

图2 新支护方式应用前后的效果对比图

4 遇到构造的注意事项

4.1 正断层掘进

当煤矿掘进的过程中，断层出现在人们的视野中时，如果煤层顶板突然出现上升趋势，而后冒顶，又或者在掘进的过程中，断层突然出现在视野中而煤层的顶板突然出现下降趋势的话，此时就要注意做好过断层的准备。如果需要掘进的话，尤其要注意防止出现冒进或者其他的风险。值得注意的是，在过断层的过程中尤其要充分利用带网支护，必要时注浆加固，这样才不会使得其在支护的过程中出现塌方。

4.2 顶板挠曲构造

一旦遇到挠曲构造，就要对其构造的特别进行全面的观察，之后再全方位地做好预防的工作[3]。如果在整体的过程中出现煤层的倾斜角度不断加大的情况，就应该尤其注意采用锚索钻机来全面探查煤层顶部本身的情况，在这个基础上在做好加密支护的工作。

5 结语

要让井下煤矿生产更加安全高效和持续地开展，尤其应该重视巷道支护的工程。在巷道支护的过程中，不断会遇到包括断层、褶皱和复合顶板的情况，因此在进行巷道支护的过程中科学的设计显得尤为重要。相关的煤矿管理人员尤其应该注意先对井下地质构造进行全面地分析，然后再全方位地设计支护，只有这样才能够有效地保持矿井生产安全。