深井复杂条件下巷道支护优化设计

王新建

（开滦（集团)有限责任公司东欢坨矿业分公司，河北 唐山063000）

1 引言

随着采矿规模和采矿强度的增加，浅层资源逐渐减少，资源开发已成为人类的必然选择。围岩软化明显，巷道变形严重，严重影响正常生产，具有典型的深部开采特征。为研究深部巷道围岩稳定性控制理论，有必要研究深部巷道围岩的分类方法和标准。可以说，深度采矿的关键技术是道路支持。但是，现有的普通巷道支护技术，支护材料和配套设备已不能满足高压巷道支护的要求。因此，在深入研究高压巷道支护理论的基础上，支撑材料和支护设备的研究和开发对于深部采煤技术提供技术支持具有重要意义。

在21世纪之初，越来越多的金属矿将进入深采。深土压力问题将成为制约我国矿山安全生产、资源回收和经济效益的主要因素之一。大深度和高地压下的采矿压力将成为金属矿业企业面临的主要技术问题。解决深井压力问题必将成为中国矿业的主要技术发展方向[1]。为此，国家专门开展了关于开采深井硬岩矿山的采矿、地面压力和岩爆问题的研究。围岩支护参数的优化是巷道支护设计定量决策的关键。确定支持参数设计的安全性和经济性对安全生产和经济效率具有重大影响。螺栓支撑在各种形式的支撑中起着重要作用。近年来，许多学者对深井围岩支护参数的优化进行了深入研究。

2 岩爆巷道支护机理

在简化复杂支护体系时，可分为围岩加固和悬索支护两大支撑功能。在这两个功能中，加强周围岩石并用作悬架的支撑单元是螺栓，且支撑单元由金属网、喷射混凝土、电缆或其组合完成。围岩和锚的加固是为了增加周围岩石的强度，形成能够承受周围岩石应力的岩拱。

悬索支护功能是将深部岩体中的破碎岩石通过锚杆和作为悬挂支撑的单元加以限制。在正常低应力条件下，这种影响主要是基于安全考虑，而不是围岩本身的稳定性。然而，先前的研究表明，在正常的低应力条件下，裂缝岩体和支撑单元（如金属网格和支撑单元）将裂隙岩体限制为深部岩体，从而保证了巷道在高应力条件下的稳定性[2]。在高应力下，岩石明显断裂，常伴有大的岩石变形。岩体的破坏通常伴随着岩体的变形过程。通过维持裂隙岩体，可以有效地控制岩体的连续运动过程。

通过支撑结构单元的功能组合，能够拥有上述两种支撑结构单元的一些特征。在支撑系统中，锚对于加固围岩的作用非常大，锚杆进入围岩，在周围岩石的一起作用之下，将变形的功能进行吸收，提高了围岩的自我支撑能力，在整体支撑结构之中，其不仅仅是基本单元，还可用于加固和锁定地表裂隙岩体，并且具有良好的弯曲刚度与金属网，将冲击载荷均匀地分配给加固单元(锚)。

3 岩爆巷道支护应考虑的因素

确定地震中心对隧道岩爆支护设计的贡献必须确定微震活动中心。目前唯一的方法是使用声发射地震系统来确定微源。因此，必须首先研究矿山微震监测系统，以确定地震的震级、事件频率、空间分布等。此外，必须正确地理解造成损坏的微地震事件，并且还必须确定主冲击事件或余震是否造成损坏。在开采过程中，最关键的余震是应变岩爆。虽然这些余震比主要的震动小很多，但它们在接近道路时可能会造成严重的破坏。

岩爆/微震巷道引起巷道破坏的原因是岩爆/微震引起的围岩破坏，基于两种不同的机制：岩爆本身的作用以及由岩爆引起的微震波的作用。岩爆本身的作用是在道路周围引起岩爆，直接导致岩爆破坏。微地震波的作用是将岩体深部岩爆所产生的地震波在巷道周围的高应力状态下传递到岩体中。了解巷道岩爆/微震的破坏机理和破坏模式对正确选择支护形式具有重要意义。支撑系统对动态和静态负载的机械响应特性决定了支持系统可以执行的功能。仅通过选择适当的支撑结构(单元)可以形成完整且满意的支撑系统。在道路被毁之前，必须加强支撑以增加岩体的强度。

4 结语

中国深井硬岩矿的配套研究尚处于起步阶段。根据我国的实际情况，今后需要加强的领域有：建立相应的监测系统；加强对围岩发生机理和破坏机制的研究;对支护的理论研究；新的岩石爆破支护研究。支护结构与材料；巷道冲击地压防治措施研究；制定支护安全法规和管理措施等。