巷道破坏原因分析与防治

巷道破坏原因分析与防治

关键词：巷道静压动压破坏原因让压卸压【分类号】：TD353

引言

煤矿井巷维护的方式通常有锚喷、架棚和砌碹等几种类型。人们根据不同的条件及用途，通过上述几种方式的单一或联合实施，大部分能达到预期目的。但在实际工程设计中，由于矿压理论及监控手段尚不完善，很难精确求得地压的大小及方向，以致部分巷道在施工应用中常发生破坏，影响生产，危及安全。因此对巷道破坏原因进行特征分析，将有助于防治措施的研究和改进。

一、巷道破坏的显现特征

从整体上来说，巷道破坏的显现特征分两大类：一类是动压区，巷道上覆岩层正处于激烈运动和破坏阶段；另一类是静压区，巷道尚未受采动影响或采动影响已停息，上覆岩层处于稳定状态。

（一）静压区巷道的破坏

静压区巷道大致有2种破坏形式：（1）巷道开掘后产生的周边应力大于围岩强度，掘进后来不及支护就发生冒落；（2）巷道开掘后产生的周边应力小于围岩强度，巷道完整，但随着时间推移逐渐变形破坏。

（二）动压区巷道的破坏

动压区巷道分动压下正在掘进的巷道和动压下正在使用的巷道。它们不仅受上覆岩层的静压作用，同时以受支承压力及岩层扰动。其破坏特征为：

1.巷道围岩（支护）强度小于支承应力作用，随采动呈层状剥落，但巷道移近量并不明显；

2.受采动影响，巷道（支架）产生大量缩变，但不冒落；

3.在采动过程中，伴随着移近量增加，巷道产生大面积冒落。

综上所述，巷道破坏的外部特征可归纳为4种形式：

1.有明显的移近量、断面缩小但不冒落；

2.随断面缩变发生冒落；

3.无移近量而冒落；

4.表层剥落。

二、破坏原因及机理分析

（一）围岩应力的重新分布及作用

巷道开掘后，原始的岩体应力平衡状态被破坏，造成应力重新分布。大双向等压应力场中，孔的切向应力沿极径方向衰减，以r为半径的圆周上稳中有降点的应力相等（等应力圆）。但煤矿巷道多不是圆形加之不均匀应力的作用，等应力圆将在巷道外接圆及以外的围岩中分布。分布的结果反映到巷道周边，往往既不均匀也不对称，有的变大，有的变小，有的还改变了性质，如有压应力变为拉应力等。巷道

周边产生了一系列剪切力面，以致岩石与岩体分离、剥落，并逐渐向纵深发展，这就是脆性，岩石与岩体分离剥落的原因，即由拉应力和剪应力引起的。巷道表面凸凹不平，凸出部分往往发生这种破坏。

（二）围岩松动圈的产生和存在

巷道开掘使岩体三向应力变为二向应力，不仅岩体搞破坏强度明显降低，而且产生应力集中。如果这种变化超过了岩石的强度，将会先在巷道周边应力集中较大的部位发生变形和破坏，从而导致邻近区受力条件变差，继而产生破坏。如此循环，直到围岩应力小于岩石强度，围岩不再松动和破坏为止。这样的一个围岩松动、破裂的范围称之为围岩松动圈，其半径大小与巷道断面、半径岩性等有关。岩石越软松动圈越大，岩石越硬松动圈越小。松动圈大，巷道变形量就大，破坏程度就高。实质上，松动圈形成和发展的过程就是巷道破坏的过程，这就是巷道随着时间推移移近量增大的原因。因为巷道的平衡是靠岩石等相互挤压产生摩擦抗力维持的，当摩擦抗力不足以抵抗某些岩块的应变时，岩块就要坠落，继而造成邻近发岩块松动冒落。这就是伴随着移近量增加巷道冒落破坏的原因。

（三）岩石的变形特征

岩石具有在载何作用下，给成岩石的基本微粒之间相对位置发生变化的特性。当作用的载何不断增大（超过围岩

强度），或者随着某一恒定载何作用时间的增加，便会导致岩石破坏。因为岩石的各种应力和应变都与时间有关，有时尽管围岩应力小于围岩强度，但随着时间的增加同样会破坏（蠕变）。巷道掘进后，一般都不立即冒落，而是经过一段时间才发生的；支架上的压力和围岩的位移，也是在一事实上时间内随之增加的。在各种变形中，岩石的蠕变性对巷道的破坏危害最大。蠕变是静压巷道破坏的主要原因。

（四）岩层移动、破坏的影响

随着采面的连续推进，顶板岩层逐渐破坏并发生移动，在较大范围的岩体内引起了很大的力学振动。一是巷道附加了较大的支承载荷，朝巷道断面内产生变形。二是巷道邻近岩层移动，并通过这些岩体将支承压力及其扰动传递到巷道中（传递的深度与岩性、倾角有关，坚硬岩层内传递深度小，松软岩层内传递深度大，其强烈影响范围往往在30m 以上。对于倾斜、急倾斜煤层开采下的巷道，这种扰动影响可达百米）。反映到巷道中，会使某些地段的顶板岩层出现所谓的“反弹”现象，而另一些地段的顶板岩层则受到附加载荷，出现“压缩”现象。两种现象随工作面推进相互交替，时张时驰，改变了巷道受力状态，这是采动致使巷道破坏的主要原因。除此之外，引起巷道破坏还有埋深、构造、断面、形状、支护及施工等因素，这里就不一一赘述。

三、防治途径及措施

由上述巷道破坏的主要原因可知，巷道在使用过程中发生变形和破坏是难免的。为了保证巷道稳定性总体效果最佳，需从设计开始，贯穿施工、使用、维护等各个环节，实行全过程监控和综合治理。

1.选择合理的巷道位置。在巷道设计布置时，要综合考虑岩层、岩柱等各种因素，使巷道尽可能避开应力集中区和采动影响范围。

2.采用卸压护巷。将预定巷道位置上方煤层先行回采，然后在卸压后的岩体内开掘巷道。

3.保护围岩完整。只要围岩完整，巷道就不会破坏。因此，要从保持围岩完整入手，采取措施，减少围岩松动及破碎。如光面爆破、预留保护层掘进等。

4.改善支护结构及性能。支护不仅要阻止围岩的变形及发展，更要适应一定的变形及发展。对那些难以阻止的或不可阻止的变形，要具有让压、释能作用，如采用可缩性金属支架、预留可缩缝等。但在许多情况下，单独使用一种支护效果欠佳，而且每种支护都各有利弊。因此，应采取2种以上的支护。

5.对于巷道底鼓的防治，切缝（收缩缝）释压是一种行之有效的办法。它可释放底鼓变形产生的压力，保护巷帮支护。

6.完善巷道矿压监控手段。巷道使用过程中的矿压检