深部大变形巷道围岩稳定性控制分析

能源研究

深部大变形巷道围岩稳定性控制分析杨振宇（阳煤集团股份有限公司二矿，山西阳泉045000）

摘要：井下巷道的严重变形不仅会威胁生产作业安全，还会产生高昂的维护成本，对矿井生产作业安全造成严重影

响。结合具体工程实际，在分析巷道大变形现状和开展围岩大变形松动圈测试的基础上，提出有针对性的巷道联合支护方案，并对其支护效果做出分析。结果表明，所设计的联合支护方案实现了对巷道围岩稳定性的有效控制，为生产安全提供了有力保障。

关键词：矿井；大变形；巷道支护；稳定性控制中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)05-0016-02

StabilityControlAnalysisofSurroundingRockofDeepLargeDeformationRoadway(No.2CoalMine,YangquanCoalIndustryGroupCo.,Ltd.,Yangquan045000,Shanxi,China)

Abstract:Theseriousdeformationofundergroundroadwaynotonlythreatensthesafetyofproductionoperation,butalsoprodu-ceshighmaintenancecost,whichhasaseriousimpactonthesafetyofmineproductionoperation.Combiningwiththeconcreteengineeringpractice,basedontheanalysisofthepresentsituationoflargeroadwaydeformationandthetestoflargedeformationlooseningzoneofsurroundingrock,thispaperputforwardatargetedroadwayjointsupportschemeandmadeananalysisofitssupporteffect.Theresultsshowthatthejointsupportschemecaneffectivelycontrolthestabilityofsurroundingrockofroadwayandprovideastrongguaranteeforproductionsafety.

Keywords:mine;largedeformation;roadwaysupport;stabilitycontrol

YANGZhenyu

0引言2巷道围岩大变形松动范围测试分析

长期以来，如何确保矿井软岩高应力区域的回采支护安全一直是困扰煤矿企业的主要问题之一。阳煤二矿井下回采地质条件复杂多变，地应力和构造应力突出，特别是采动压力和软岩自身膨胀，为巷道支护有效性造成诸多阻碍。而矿井回采作业至今，虽然在不同采区采取了多种支护防范措施，但在实际生产中仍存在巷道大变形问题[1-2]。有鉴于此，本文结合矿井北部运输大巷的大变形问题开展研究讨论，分析其变形机理并总结有针对性的联合支护方案。巷道大变形松动圈范围的确定，既有助于更好地认识巷道大变形发生的内在机理，同时又是巷道支护方案设计的必要支撑数据。在此特采用钻孔窥视法对巷道围岩大变形松散破碎圈进行测试[3]。测试方法为：使用锚索机在巷道顶板布设钻孔，直径32mm，钻孔设计深度10m，共布设3个钻孔，分别位于巷道左右两拱肩和巷道顶板中部，如图1所示。通过钻孔窥视可知，巷道围岩最大破碎深度可达8.8m，且顶板浅部围岩多表现为较严重的破坏，如图2所示。1矿井巷道大变形现状分析

阳煤二矿北部运输大巷围岩为3#煤层和8#煤层顶底板岩层，与3#煤层底板的垂直距离为50m，以泥岩为主，遇水易软化，同时地层中伴有显著的高应力显现。巷道原本采用“高密度锚杆+锚索+高强度钢材”相结合的联合支护方案。从支护效果来看，运输大巷14310～14311区段共计300m的巷道，变形量超过50%（原尺寸为5000mm×4000mm，现尺寸为2800mm×3000mm），目前巷道已无法正常通行，对井下生产安全构成威胁。原有的支护方案无法确保巷道的长期稳定，需要探索新的有效的巷道支护方法。收稿日期：2019-03-19

作者简介：杨振宇，1992年生，男，山西原平人，2015年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，助理工程师。

6mKS1#测站

12m13m

KS3#测站

KS2#测站

图1测点布设示意图

同时，巷道大变形松动圈的实测表明，阳煤二矿北部运输大巷围岩在高应力影响下形成了较大的松动圈，其最大破坏深度达到8.8m，超过开挖跨度的1.5倍。这种大松动圈所形成的高围岩应力是导致巷道支护失效的主要诱因。·16·

2019年第5期

杨振宇：深部大变形巷道围岩稳定性控制分析

2019年5月

10.09.0单位：m

8.07.06.05.0局部泥化夹层4.0区域内岩体严重破3.02.0裂隙发育圈碎，可视为承载强度低的松散破碎体1.0

裂隙发育区泥化倾向区10.09.0推8.0测7.0围6.0岩5.0破坏4.0区3.02.01.01.02.03.04.05.06.0推7.0测8.0围9.0岩10.0

破坏区图2巷道围岩破裂区分布示意图

3

大变形巷道联合支护方案分析

3.1支护方案由巷道围岩松动圈测试可知，阳煤二矿巷道软弱围岩受高应力影响所形成的松动破坏区范围较大，因此支护结构必须具备更大的围岩压力。为了确保支护结构的安全性，确定采用卸压与围岩加固相配合的联合支护方案。a)挖设泄压槽卸压，同时深挖底角，并采用喷射混凝土的方式对底板软弱岩层进行置换。通过底角泄压槽的挖设，消除了矢量受力，同时卸压槽喷浆后又可以形成阻隔后期矢量的有力支撑带。此外，底角泄压槽的挖设还能阻断高位势能对水平应力的传递，并避免其对两帮和底板造成挤压；b)构建以单股钢丝绳为径骨的强韧喷层结构，通过多层次的锚杆注浆，形成以围岩为基础依托的支护体，对深部围岩的复杂应力进行主动控制，将锚杆控制范围内松散破碎的围岩胶结成强力支护圈体，并在巷道围岩体中留存带压的浆液胶结加固拱，从而阻断深部高位应力的传递，实现对围岩的有效加固[4-5]。图3即为“卸压+围岩加固”联合支护方案示意图，其具体参数如下：a)巷道净断面采用半圆拱形设计，尺寸（宽×高）为4200mm×3600mm；b)选用三喷层作业，首次喷层为临时喷层，厚度80mm，坑洼处以找平为准；第2喷层厚度100mm；第3喷层厚度60mm。同时选用2层单股钢丝绳网（钢丝绳网格尺寸为350mm×350mm）和2层锚杆（锚杆排间距为700mm伊700mm）充当筋骨；c)完成第2层锚杆布设后，挖设卸压槽，泄压槽宽1200mm，深800mm；d)首次锚杆注浆是在卸压槽开挖完成后进行，布设第1次注浆锚杆并注浆加固围岩；e)完成第1次注浆和第3次喷浆作业后，结合围岩位移观察记录，在巷道顶底板或两帮移近量超过50mm后进行第2次动态注浆作业，以确保及时恢复围岩阻力。3.2数值模拟分析为检验卸压支护方案的合理性，借助FLAC3D数值模拟软件对底板开挖卸压槽的效果进行分析检测[6]。通过挖设底板卸压槽，巷道硐室两帮、底板围岩支撑压力和水平应力均存在显著的卸压效果，相较于卸压槽开挖前，卸压槽开挖后围岩高应力向底板深部的转移更明显。单位：mm

350700

400

800

1200

500

44200680

400

图3“卸压+围岩加固”联合支护方案示意图

3.3施工工艺施工工艺为：扩增巷道断面→第1次喷浆→布设第1层锚杆→挂第1层钢丝绳网→第2次喷浆→布设第2层锚杆→挂第2层钢丝绳网→第3次喷浆→布设第1层注浆锚杆→开挖卸压槽→第1次注浆→结合监控数据进行第2次注浆锚杆布设→第4次喷浆→第2次注浆。4支护效果分析

针对此次所提出的联合支护方案，对北部运输巷道围岩变形量进行实时监测，以查看支护效果。在巷道两帮与顶底板分别布设变形量监测点。经过5个月的持续观测，巷道移动变形量始终控制在1%以内，相较于原支护时发生的大变形，巷道变形量大幅缩减，巷道稳定性获得显著提升。基于此可知，此次研究所提出的联合支护方案能够为巷道围岩稳定性控制提供有效帮助。5结语

巷道作为井下生产运输安全开展的必要构成要素，确保其稳定性对矿井安全生产意义重大。矿井管理者应当充分重视巷道围岩变形控制工作，积极组织人员对矿井生产实际开展翔实的分析，总结巷道围岩变形的机理，进而制订具有针对性的围岩稳定性控制措施，为矿井综合效益的提升提供助力。参考文献：1］徐光，徐斌，曲延伦，等.深部大变形巷道应力缓释与围岩加固

联合支护技术研究［J］.煤矿现代化，2018(3)：93-96.2］余伟健，吴根水，袁超.深部高应力大变形巷道的工程特征及

围岩稳定性［J］.矿业工程研究，2017，32(2)：29-36.

3］袁超.深部巷道围岩变形破坏机理与稳定性控制原理研究［D］.

湘潭：湖南科技大学，2017.4］王卫军，袁超，余伟健，等.深部大变形巷道围岩稳定性控制方

法研究［J］.煤炭学报，2016，41(12)：2921-2931.

5］张海洋.云驾岭矿深部回采巷道围岩稳定性评价及支护技术研

究［D］.北京：中国矿业大学，2017.

6］陈登红.深部典型回采巷道围岩变形破坏特征及控制机理研

究［D］.淮南：安徽理工大学，2014.

（责任编辑：刘晓芳）

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