探讨多次采动下围岩破坏机理及支护技术

张衡瑜 张盼博

摘要：本文在笔者多年现场工作经验下结合理论知识展开多次采动下围岩破坏机理及支护分析，为同行提供参考性意见。

关键词：多次采动;围岩;破坏;支护

基于本质安全生产的全方位质量管控已经延伸至各行各业。而煤矿开采作为受限空间的井下隐秘工程作业安全风险高、质量管控难度大。特别是基于复杂地质构型的围岩异常应力危害和井下作业掏空环节的支护失效。所以煤矿安全主要和围岩应力及井下可燃气体抽排息息相关。作为力学导向的煤矿综采工作面顶板支护的设备手段和工艺类型上得到了全面发展，多重机械化的防护措施和严谨细致的操作规程双重保护下给煤矿开采提供了更高的安全保障。基于此本文在笔者多年现场工作经验下结合理论知识展开多次采动下围岩破坏机理及支护分析，为同行提供参考性意见。

一、工程概况

煤层直接顶板为泥岩、砂质泥岩、煤线和13-2煤，厚0～13.1m，均厚4.6m。泥岩为灰色～深灰色，致密，性脆，含大量植物根化石，局部相变为粉砂岩;13-2煤以粉未状为主，含较多块状，灰份含量高，属半暗型煤，局部为炭质泥岩。砂质泥岩为深灰色，砂泥质结构，致密，性脆，含植物化石，底部灰黑色。煤线为灰黑色，黑褐色，块状，片状，部分地段为炭质泥岩。老顶为细砂岩，厚0～7.8m，均厚1.75m，灰色，成分以长石为主，含石英，粉质结构，致密，脆硬，含植物化石。直接底为泥岩，厚0.5～3.8m，均厚2.2m，深灰色，泥质结构，致密，性脆，含植物化石，顶部见泥岩薄层。老底为砂质泥岩，厚0.7～5.8m，均厚2.0m，灰色，砂泥质胶结，致密，脆硬，含植物化石，砂质含量高。工作面13-1煤赋存稳定，煤层为黑色，粉末状～块状，玻璃～油脂光泽，属半亮型煤，煤层下部普遍发育一层夹矸，夹矸为泥岩或炭质泥岩，均厚0.6m，煤层总厚0.2～8.8m，均厚6.4m。煤层结构5.0（0.6）0.8，煤层产状为： 185°～205°∠9°～16°。

2111（3）工作面为二水平东翼C13-1煤层采区首采面，原设计于2014年4月编制。由于工作面生产系统发生变更，现重新编制本设计。工作面范围及邻近开采情况：2111（3）为二水平东翼C13-1煤层采区首采面，工作面西起二水平东翼C组采区上山，东至Fs205断层。北邻1161（3）工作面下顺槽，南至13-1煤层-780底板等高线。工作面上限标高-685.1m，下限标高-776.6m。上阶段1161（3）工作面已回采。

二、多次采动下围岩顶板管理

1.加强顶板岩性探测。需要根据地质情况进行50m间隔的顶板结构探测，异常应力和岩石破碎带区域需要加密监测，且综合探测深度需大于10m。相关数据应基于岩石力学所涉锚索孔观察、收集迎头顶板岩性施工所需的作业规范，而如若发现岩层不稳定或者岩性相变较大需要及时调整作业手段。必要时应当停止相关操作，确保隧道本质安全。

2.而针对复杂断层破碎带以及构造强烈区域，需要检测地应力异常和围岩是否松软。确保围岩支护条件满足相应规程。并优选加密锚杆、全长锚固、锚索锚固、注浆及架棚等多维方式进行立体加固，全面确保特殊支护手段受用完善，支护延展正常。且全程应力受控。

3.进一步需要强调特殊施工现场的外界环境因素探讨。避免淋水、地质构造变化或巷道围岩应力扰动导致的巷道顶板异常。所以施工结束后应采取抽样检验的方式进行施工区不同施工节点的勘察性回查，确保施工质量及支护安全。

4.施工过程中巷道断面（宽度、高度）超过设计断面300mm以上时，必须及时补打锚杆（索），并保证网（带）紧贴顶、帮壁面。（集政【2011】244号）

5.锚网支护时顶部锚杆、锚索必须紧跟迎头，严禁滞后。帮部锚杆滞后顶部不得大于2排。帮部煤岩松软易片帮时，帮部锚杆紧跟迎头。严禁使用支护锚杆、锚索、钢带、金属网等起吊设备或悬挂重物。

三、多次采动下围岩支护技术

随着我国煤炭工业的快速发展，已慢慢进入深井建设时代。煤矿在开采过程中，由于地处较深，极易受到地质构造和地质条件的干扰，井下工作人员时刻面临煤层塌陷的安全威胁。一旦煤层塌陷，深井工人的生命将受到严重威胁，也给煤矿企业造成非常严重的经济损失。

复杂地质重力作用下顶板压力平衡不穩定。不均匀分布的压力将直接影响到巷道、周围煤体和工作面。超过道路和顶板的承载能力会导致顶板下垂和支架回缩问题。严重时会发生顶板塌陷、顶板塌陷、道路塌陷。而基于多次采动下围岩破坏机理前提下在成本最省原则框架下，可以首先选定锚杆支护和可缩性支架支护方式进行全方位预控，具体细则如下：

1.锚杆支护技术

锚杆支护是利用钢筋的张力和剪力特征在预设一定深度的多维岩石应力补充改造方法，具体技术方案为核算围岩岩性及上覆地层压力，在一定形态（拱面）的受力分析下掏空一定容积的岩石需要的补偿力支撑，而在一定外力支撑上，采用杆体、托板方案进行多角度抗剪、抗拉功能性实现，以确保上覆围岩安全稳定。需要注意，运用托板可以配合一定深度的锚杆最大化补偿岩体受力面，在点支撑受力均衡的前提下避免不稳定和围岩节理裂隙的干扰，避免一系列不同程度的土块和岩石下落，掏空层以及岩石滑脱伤害。

2.可缩性支架支护技术

支护作为地下道路的重要组成部分，可视为辅助工程，在此工程的协助下，提高了井下作业的安全性，保障了所有开采活动的顺利进行。因此，在道路支护施工中，必须从安全、施工效率等多个角度对支护进行分析。只有这样，建筑支撑才能在实践中发挥最大的作用。一般来说，主动支撑的使用意味着高强度支撑技术的加强。当道路周围的岩石地块受到较大的应力，导致其变形时，在安装伸缩支架时，施加其承载的应力，以加强对外部应力的抵抗力，防止道路出现病理问题，提高安全性。和道路安全。该技术的主要原则是：通过支护应力补偿一定的垂向应力，保证垂向应力在岩体可接受的范围内，为井下作业人员创造良好的工作环境。

四、结语

综上所述，多维导向下的安全生产设计到“人、机、物、法、环”而运用安全管控的原理性和系统性能将顶板层面这种单一的危害模式进行分解，将技术类别的核算和工程类别的质量监控进行结合，在安全稳定的框架下执行内部监管。运用科学合理的定量见解将井下工人的安全性进行维护，全面而健康的保障多维导向下的煤矿本质安全。

参考文献：

[1] 陈超， 姜勇， 苗洪海，等. 低渗透油田压裂技术及发展趋势探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2019， 039（004）：247-248.