煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)初探①

煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)初探①煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)初探①

中圖分類號(hào)：TD353.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791〔2022〕06〔c〕-0099-02

煤炭開采是一個(gè)由淺到深的施工過程，隨著近年來煤炭開采深度的逐漸增加和開采強(qiáng)度的不斷增大，許多礦區(qū)、礦井均進(jìn)入了超千米開采階段。礦區(qū)和礦井進(jìn)入超千米開采階段后，深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，由于受到高地應(yīng)力的作用，煤巖體的性質(zhì)會(huì)由脆性轉(zhuǎn)為粘性，使得巷道圍巖出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形，以及顯著的空間效應(yīng)、強(qiáng)烈的底鼓和兩幫非對(duì)稱性破壞等現(xiàn)象，再加上相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造材料的不足，在煤礦深部開采到地質(zhì)破碎地帶時(shí)，很容易出現(xiàn)冒頂、圍巖垮塌等現(xiàn)象，對(duì)巷道掘進(jìn)等施工作業(yè)造成妨礙和平安性影響。該文首先對(duì)煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的變性特征進(jìn)行了分析，并以此為依據(jù)總結(jié)了圍巖控制技術(shù)的原理，提出了有利于確保巷道圍巖穩(wěn)定和煤礦開采平安性的巷道圍巖控制技術(shù)，以求探索到煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖變形的規(guī)律，為煤礦深層巷道圍巖的控制提供具有參考價(jià)值的依據(jù)。

1煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的特征

巷道圍巖的特征主要是指其地質(zhì)特征金額力學(xué)特征。

1.1巷道圍巖的地質(zhì)特征

當(dāng)下，我國的煤炭開采礦區(qū)集中位于中東部地區(qū)，開采深度最深的礦井可到達(dá)一千四百多米，分析我國煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的巖性可以發(fā)現(xiàn)，深井巷道圍巖的地質(zhì)構(gòu)造特征主要有下列幾點(diǎn)：第一是單斜構(gòu)造較多，地層傾角較大；第二圍巖埋深較大，受到的地應(yīng)力較高；第三是穿層巷道居多，且較大的巷道大多分布于巖體中，圍巖的變形和破壞特征大多相似；第四是煤層頂板巖石的性質(zhì)多為砂巖、粉砂巖和石灰?guī)r，巖石層理分布且節(jié)理裂隙明顯，巖石的強(qiáng)度也較高。

1.2巷道圍巖的力學(xué)特征

為方便巷道圍巖的維護(hù)和檢修，煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的大多數(shù)集中大巷都分布于主采煤層的頂板或者底板的巖層里，故而巷道圍巖主要是砂巖和粉砂巖，只有部分為石灰?guī)r，整個(gè)巖體的強(qiáng)度都較大。巷道圍巖的結(jié)構(gòu)特征如圖1所示，示例，我國較大的煤礦之一華豐煤礦，它位于新汶礦區(qū)，其巷道穿層之上是厚度為10m的中粒砂巖，下部為厚度為8.7m的粉砂巖，粉砂巖夾層為1.2m的石灰?guī)r，它的回風(fēng)大巷布置于煤層頂板傾角為32°的巖層中。

2巷道圍巖變形控制的原那么

對(duì)煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制需要根據(jù)巷道圍巖的特征分析令其發(fā)生形變的因素，采取有針對(duì)性的措施，選擇合理的工藝辦法，以確保對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性和受力控制的有效性。

2.1巷道圍巖控制的根本原那么和要求

巷道圍巖控制技術(shù)的根本原那么主要包括三點(diǎn)，首先，控制要采取具有針對(duì)性的措施，這就要求對(duì)導(dǎo)致巷道圍巖變形的因素進(jìn)行透徹的分析和了解，包括巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)特征以及地下水等因素，還要結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際情況和現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真的分析，在采取相應(yīng)的措施；其次，要采用多種控制技術(shù)相結(jié)合，以提高實(shí)際的控制效果，由于導(dǎo)致巷道圍巖形變的因素是多種多樣的，因此控制技術(shù)也應(yīng)是多樣的，還應(yīng)該在對(duì)圍巖的形變研究中對(duì)控制技術(shù)進(jìn)行改良，通過加固巖體，控制巖層形變，調(diào)整巖層的受力狀態(tài)，從而更好的控制巷道圍巖的穩(wěn)定性；其三，在對(duì)巷道圍巖進(jìn)行控制過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖的形變情況，對(duì)控制技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行察看，不斷完善控制計(jì)劃，以確保控制技術(shù)的應(yīng)用效果和平安性。

2.2分析巷道圍巖的變形破壞數(shù)值

在對(duì)導(dǎo)致巷道圍巖形變影響因素進(jìn)行分析后要對(duì)其變形破壞數(shù)值進(jìn)行分析，研究巷道的空間關(guān)系，一般采用的方式是數(shù)值分析法，通過計(jì)算來分析開挖后巷道在沒有受到支持的狀態(tài)下的形變破壞特征。在計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)的獲得是通過在巷道外表以上0.1m的位置出設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布為在巷道中軸線對(duì)稱設(shè)置6、14點(diǎn)，左側(cè)為1～5點(diǎn)，右側(cè)為4～11點(diǎn)，底部為12～16點(diǎn)，詳細(xì)分布示意圖如圖2所示。然后根據(jù)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍巖的位移情況來確定巷道圍巖變性破壞的空間規(guī)律以及巷道圍巖的水平位移和豎直位移的關(guān)系，進(jìn)一步了解巷道圍巖的特征。

2.3控制巷道圍巖的穩(wěn)定狀況的受力狀態(tài)

為保證巷道圍巖合理的受力狀態(tài)和較高的穩(wěn)定性，首先在采取控制措施時(shí)要選擇適宜的項(xiàng)目巷道方向，在礦區(qū)應(yīng)力場中主要包括兩種應(yīng)力場，即原始應(yīng)力場和二次應(yīng)力場，前者是礦區(qū)應(yīng)力在地質(zhì)的歷史變遷中變化而形成的，后者是煤礦開采過程中產(chǎn)生的應(yīng)力場。礦區(qū)應(yīng)力場會(huì)對(duì)對(duì)巷道的布置產(chǎn)生影響，因此在設(shè)計(jì)項(xiàng)目巷道時(shí)要選擇適宜的方向。在實(shí)際操作和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，礦井巷道項(xiàng)目的長軸方向和構(gòu)造線的走向呈垂直狀態(tài)可以在很大程度上提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，而且能夠有效地防止巷道項(xiàng)目中、巖層節(jié)理方向和巖層片理方向等之間或自身內(nèi)部形成銳角相交，減少應(yīng)力過于密集，同時(shí)巷道項(xiàng)目的走向要避開向斜構(gòu)造和斜背的不利影響，不要將巷道的位置定位在軸部。其次，要判斷巷道斷面的大小和形狀，根據(jù)不同巷道斷面對(duì)巷道的影響與礦山的實(shí)際情況，以及生產(chǎn)運(yùn)輸和采礦操作的要求來選擇巷道項(xiàng)目，已盡可能的防止施工不當(dāng)而造成的巷道截面的擴(kuò)大或者變形。

3煤礦深層地址構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制技術(shù)

根據(jù)以上對(duì)煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的性質(zhì)、地質(zhì)特征、力學(xué)特征等的分析以及巷道圍巖控制的原那么和控制過程中的考前須知、相關(guān)參數(shù)等資料可知，對(duì)煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的控制技術(shù)主要包括下列幾點(diǎn)措施。3.1盡量防止巷道圍巖處于潮濕的環(huán)境中

煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖的外表構(gòu)造主體是如凝灰?guī)r等軟弱巖體，在潮濕情況下或者是有水的情況下都會(huì)使其強(qiáng)度大幅度降低，故而應(yīng)盡量防止巷道圍巖受到水合潮濕的影響，對(duì)巷道圍巖外表需要暴露的地方要及時(shí)的采用噴漿封閉，以確保圍巖的枯燥性，保證巷道圍巖的強(qiáng)度，這對(duì)控制巷道圍巖的穩(wěn)定性也是十分重要的。

3.2采取合理的巷道支護(hù)措施

對(duì)巷道進(jìn)行合理的支護(hù)主要是指在巷道內(nèi)埋設(shè)合理的收斂計(jì)和對(duì)電位移測(cè)樁，對(duì)巷道圍巖的下盤運(yùn)輸通道和上盤回風(fēng)巷等各個(gè)部位的形變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過比對(duì)巷道圍巖變形情況和時(shí)間之間的變化情況，了解巷道圍巖變形的規(guī)律，并以此為依據(jù)進(jìn)行技術(shù)決策，采取相應(yīng)的技術(shù)保障措施。實(shí)踐研究說明，對(duì)巷道圍巖采取支護(hù)措施能夠有效的保障圍巖的穩(wěn)定性，而亦剛亦柔的支護(hù)措施能夠更好的適應(yīng)巷道圍巖所受應(yīng)力情況的變化，更好的起到保證巷道圍巖穩(wěn)定的作用。

3.3對(duì)巷道圍巖采取加固技術(shù)

對(duì)于巷道圍巖的軟弱巖層的控制主要是采取加固措施，包括噴、錨、網(wǎng)等加固辦法。對(duì)于不同性質(zhì)的巷道圍巖要采取不同的加固措施，其中特殊項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圍巖的加固要采取多種加固措施聯(lián)合使用的方式，一般需要聯(lián)合使用三種或者三種以上的加固辦法，以確保巷道圍巖的穩(wěn)定性。巷道圍巖加固技術(shù)主同樣需要遵循一定的原那么和要求，首先，要根據(jù)成型要求選擇合理的支護(hù)方式，適宜的支護(hù)材料，在加固施工過程中要對(duì)加固材料進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，同時(shí)也要事先做好巷道的設(shè)計(jì)；其次，在施工過程中，因?yàn)橐玫阶{錨桿，因此要確保安裝孔和結(jié)構(gòu)面的方向和對(duì)應(yīng)的正確性，在進(jìn)行噴網(wǎng)支護(hù)的過程中要將圍巖壁和網(wǎng)筋最大程度的貼合，在確保兩次素噴的時(shí)效性后再根據(jù)巷道圍巖的變形情況對(duì)巷道圍巖進(jìn)行再次噴漿；最后，在加固過程中要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保施工人員的專業(yè)性，在加固過程中不斷改良工藝，并對(duì)加固過程進(jìn)行長期實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保加固技術(shù)滿足技術(shù)要求，能夠有效的保障圍巖的穩(wěn)定性。

4結(jié)語

綜上所述，煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖一但出現(xiàn)形變，必然會(huì)影響施工效率和煤礦作業(yè)的平安，增加施工本錢的重要因素，甚至影響施工的順利進(jìn)行。對(duì)煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖采用適當(dāng)?shù)目刂萍夹g(shù)有助于加強(qiáng)巷道圍巖的穩(wěn)定性，減少危險(xiǎn)性事件的發(fā)生。煤礦深層地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)是一種平安、有效、可靠、環(huán)保的技術(shù)，其在巷道圍巖控制中的應(yīng)用在保障煤礦施工和作業(yè)的平安以及愛護(hù)人民的生民財(cái)產(chǎn)平安等方面起著關(guān)鍵性作用，巷道圍巖的主要控制技術(shù)有圍巖變形根本保障原那么、圍巖受力控制、圍巖變形控制、圍巖支護(hù)技術(shù)