我国煤矿巷道支护的难题与对策

王绪昇

摘 要：随着我国煤矿开采进入深部开采时代，巷道支护已经成为不可避免的挑战。针对煤矿开采过程中存在的问题，主要分析了高应力巷道、软岩巷道以及冲击地压巷道的支护策略。可以为有关技术人员提供参考和指导。

关键词：巷道支护;深部开采;难题;对策

1 引言

在煤矿由浅部向深部开采的过程中，地应力和岩层的岩性已经发生了变化。原有的正常矿井发生冲击矿压和煤与瓦斯突出的可能性增加。最大的问题就是高地应力引起的巷道的大变形，巷道的支护变得日益困难。此外，煤炭开采的强度也达到空前的高水平，导致在开采过程中采动大幅度增加，巷道的支护难度增加，这种情况在断面巷道条件下更为突出。总的来说，所要解决的支护难题有高应力巷道、软岩大变形巷道、冲击地压巷道、破损修复巷道等几类。本文对这几个类型的巷道进行分析，探讨了合适的支护策略。

2 高应力巷道支护分析

总的来说，巷道的破坏与围岩强度和地应力有关。当围岩应力达到或超过围岩强度时，巷道就会失稳破坏。理论分析表明高应力是巷道破坏的重要因素之一。经过统计，造成巷道周围应力的几种因素分别为深埋高应力、地质构造高应力和采动应力。

由于在高地应力作用下，岩体的特性发生了根本性变化。主要体现在以下几个方面：在高地应力作用下围岩的塑性增强，使得坚硬的岩石在破坏时表现出软岩的破坏特征;巷道围岩变形具有很强的流变特性，变形量大给支护带来巨大的难题;对于某些高强度脆性岩石，发生冲击的可能性增加，巷道破坏突然， 伴有巨大声响和震动， 围岩及支护被瞬间摧毁。目前，对高应力巷道的支护主要有三种方法：可以通过合理的布置巷道的位置，然后人工卸壓，使巷道周围处于低应力状态，降低巷道变形量维持巷道稳定;采用U型钢等高强度材料对巷道进行加固，抵抗巷道围岩的变形;此外，采用锚杆锚索对巷道围岩进行加固，提高围岩的承载能力，有效控制围岩的变形破坏。图1为常见的高地应力巷道支护形式。

3 软岩巷道支护分析

软岩巷道最大的特点是变形速度快变形量大、持续时间长，巷道的支护极其困难。一般说来， 软岩具有软弱性、可塑性、膨胀性、崩解性、流变性以及工程扰动性等工程特性。软岩巷道大体上可分为4大类：低强度软岩、膨胀性软岩、破碎软岩、高应力软岩。软岩巷道的变形主要可以表现为以下几个方面：变形速度快，从巷道的开挖完成后还未来得及支护巷道断面已经出现了显著的减小;巷道围岩松动圈的范围较大，传统的支护方式失效;对外界条件反应比较敏感，例如遇水化泥、遇风化砂等情况。

因此，在布置软岩巷道时，尽可能选择较好的地质条件区域，最大限度的避开高应力区域，在开挖巷道时尽量选择较大的断面，例如拱形、马蹄形、圆形、椭圆形断面，预留一定的缓冲空间。在巷道开挖形成后，采用锚杆支护和注浆的方式对巷道周围围岩进行加固，主要是因为软岩难支护的根本原因是围岩的强度较低。锚杆可以提高围岩的局部强度，而注浆可以改变软岩的工程特性。最后，采取有效的措施及时解决巷道周围的干扰因素，如及早切断水源、及时排水、喷浆封闭顶帮、水泥硬化底板等，以隔绝水、风等对围岩的软化作用。尤其对于含有黏土类矿物的膨胀型软岩来说，隔水最为重要。同时要及时支护围岩，第一时间将控制围岩变形的手段用上去。

软岩巷道的支护结构应该能与其大变形和流变的特性相协调。软岩巷道在支护时主要采取加固的形式支护，在适当的条件下应该进行让压支护。如此这样，支护既具有一定的支护强度和刚度，而且还能满足软岩变形的特性。巷道的支护应该有合适的时机，按照康红普院士提出的困难巷道一次支护理论。所以针对软岩巷道支护情况，可以采用高强高刚度支护形式，一次支护就能有效控制围岩变形与破坏，避免巷道破坏后再行维修。常见的软岩支护如图2所示，其中1-树脂锚杆，2-注浆锚杆，3-混凝土砌碹，4-注浆扩散范围;5-锚杆作用形成的拱，6-碹体作用形成的组合拱。

3.1 冲击地压巷道分析

冲击矿压在我国煤矿开采中已经成为一种巨大的灾害。由于其发生的机理比较复杂，预测和防治其发生存在巨大的困难。随着矿井开采深度的增加，冲击矿压发生的概率有增加的趋势。巷道冲击矿压是一种极其复杂的矿山动力灾害现象，其发生时有如下特征：发生冲击矿压时，动力现象特别明显，表现为巷道断面瞬间被压缩，有大量的煤岩弹射到巷道中，巷道发生堵塞; 发生时没有明显的征兆，而且作用的时间极短，只有短短的几秒钟到几十秒钟，反应特别剧烈，有大量的能量释放，造成设备损毁和人员伤亡;巷道的破坏没有一定的规律，顶、底、两帮都可能会产生破坏，巷道的破坏形式存在多样性，往往发生在巷道的薄弱环节，比如在底板岩层强度低又没有支护的情况下，容易发生激烈的底鼓，进而引发全断面失稳。

3.2 冲击地压巷道支护对策

根据相关理论研究可知，巷道冲击地压的发生主要与高应力、冲击载荷、围岩力学性质及支护不合理等因素有关。所以，可以从这几个方面对冲击矿压巷道进行控制，巷道布置在原岩应力正常的区域，针对巷道周围围岩压力过大时，应采取有效的方法进行卸压，以此来降低冲击地压发生的可能性，加强支护，采用合理的巷道支护形式与参数。

冲击地压巷道支护应遵循“高强度、强让压、整体性”的理念进行设计。在进行设计时应该坚持以下几条原则：由于冲击矿压发生时比较剧烈，在支护时应该具有较高的支护强度和刚度;在冲击矿压发生后巷道发生的变形较大，为此可以采用柔性支护，柔性支护必须具备足够的可缩量，以增强其吸收冲击能的能力，并与围岩的大变形相匹配;由于冲击矿压发生时具有强烈的冲击力，岩体在冲击力作用下会崩出，所以支护结构能具有很好的稳定性，在巷道剧烈变化时不会发生失稳的情况;冲击矿压发生在巷道的薄弱环节上，因此冲击地压巷道支护必须采用全断面等强支护，支护构件之间、支护体之间、支护体与围岩之间要相互耦合，形成一个统一的支护整体。

4 小结

由于我国复杂的地质条件，特别是进入深部开采时代以后，巷道的支护难度增加。如何对高应力巷道、软岩巷道、冲击地压巷道进行支护，一直是国内外学者研究的热点和难点。随着锚杆技术发展的日益成熟，以及大量新型支护材料被研发出来。锚杆支护应该是困难巷道支护的主体，高强度、高刚度、大延伸率、耐冲击是其基本发展方向。我国现阶段对难支护巷道的研究还不够系统深入，需要在搞清机理的前提下，针对不同类型的难支护巷道研发适合的系列支护材料，并配以适当的施工工艺和装备， 逐步形成系统的成套技术。

参考文献：

[1]鞠文君，付玉凯.我国煤矿巷道支护的难题与对策[J].煤矿开采，2015，20，127（6）：1-5.

[2]康红普.深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术[J].煤炭科学技术，2013，41（9）：12-17.

[3]潘一山，肖永惠，李忠华，等.冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用[J].煤炭学报，2014，39（2）：222-228.