煤矿深部岩巷围岩控制理论与支护技术

煤矿深部岩巷围岩控制理论与支护技术摘要近年来，随着我国煤矿产能的不断提高，开采的深度也随之增加，采区也开始由浅入深，基于这一现状，致使井下巷道围岩的应力也随之增大，围岩条件日趋复杂，巷道变形、巷道底鼓等现象常有发生，这些问题都严重影响了巷道围岩的稳定性，也为煤矿井下开采工作的顺利进行埋下了隐患。因此，对煤矿深部岩巷围岩的稳定性进行控制已经迫在眉睫。本文首先对煤矿深部围岩稳定性控制理论进行概述，进而简要地阐述了煤矿深部岩巷围岩支护原则，并根据笔者多年的工作实践经验总结出煤矿深部岩巷围岩支护技术，期望以此能够为煤矿的安全生产提供一些帮助。

关键词煤矿深部岩巷；围岩；控制理论；支护原则；支护技术中图分类号td353 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）49-0152-02

1 煤矿深部围岩稳定性控制理论概述

从力学性质的角度讲，围岩的稳定性通常取决于岩体自身的变形性质和强度。另外，围岩自身所受的应力状态也对其稳定性有一定影响。围岩体主要由两部分组成：一是岩石骨架，二是结构面。通常煤矿深部的围岩都经历了漫长的地质年代，并且在长期的高压作用影响下使得岩石骨架变得异常致密和坚硬，所以实际影响煤矿深部围岩变形性质和强度的因素主要是结构面。因此，想要控制煤矿深部围岩的稳定主要应从结构面和应力状态着手。

煤矿深部岩巷开挖过程中，使围岩体所受的应力状态发生了变化，导致了围岩从原本的稳定状态逐渐转变为非稳定状态，虽然，在开挖初期，围岩的抗压强度比较高，但是随着不断的开挖卸荷，致使围岩的侧压有所下降，正常情况下，近表围岩的侧压将会降至为零。与此同时，大部分应力开始向巷道周向转移，使得应力集中，这时的周向应力一般会升高3倍左右。通常煤矿700m~900m深度的巷道，近表围岩的围压卸荷幅度大约在20mpa，巷道周向的应力将会增加近60mpa，在如此大的应力作用下，会使围岩的劣化速度不断加快，裂缝也会从表面不断向内部扩散，进而造成围岩失稳。为了确保围岩的稳定性，就必须在对巷道进行开挖后立即进行必要的支护。

2 煤矿深部岩巷围岩支护原则

在对煤矿深部岩巷围岩进行支护时，应遵循以下支护原则：

首先，应尽量维护并保持围岩体自身残余强度的原则。一般情况下，围岩在经受巷道内的水和风化的影响后，其强度将有所下降，因此，在巷道开挖后需及时喷射混凝土，将围岩表面进行封闭，进而防止围岩被风化或潮解，确保围岩强度不必要的损失。为了尽可能的保持围岩的强度，建议在施工过程中，尽量采用光面爆破。

其次，提高围岩残余强度的原则。这一原则可具体分为三点：第一点是提高支护阻力使围岩所受的应力状态得以有效改善。巷道开挖后必须尽可能快的完成主体支护结构，通过支护使围岩由本来

的两向应力状态逐渐转变为三向应力状态，进而使围岩的参与强度得以提高。第二点是利用锚杆进行支护使围岩进一步加固。经过大量的试验表明，锚杆能够根据其自身的锚固力使已经破碎的围岩锚固，从而使破裂围岩的残余强度得到一定的恢复和提高，使其形成具有较高可塑性和承载能力的锚固层，当锚杆的锚固力越大、密度越高时，加固作用也就越显著。第三点是注浆加固。对于破碎比较严重的岩体，仅靠锚杆加固是无法满足要求的，这时应考虑注浆加固，这也是提高松动破碎围岩强度最为有效的途径之一。

最后，是发挥围岩本身承载能力的原则。具体可归纳为以下几个方面：其一，全断面支护。通常煤矿深部巷道支护主要承受的荷载大部分都是来自于围岩的变形压力，这种压力不仅来自于巷道的四周，也包括巷道的底板，而底板通常巷道支护中比较薄弱的一个环节，若支护不好，很容易产生底鼓，使巷道整体支护结构的承载能力下降，导致支护失败，因此，在对煤矿深部巷道进行支护时必须做到全方位支护；其二，可缩性支护。巷道支护所承受的荷载大部分都是围岩的变形压力，如果变形压力过大时，一般的刚性支护就无法适应，从而导致了支护结构形同虚设，难以发挥围岩的承载能力。而可缩性支护能够在变形压力超过围岩承载力时，通过之护体的可缩让压，减少支护的受力状态。因此，巷道支护的主体结构应尽量采用可缩性支护，例如锚喷网支护；其三，二次支护。通过大量的理论和对以往工程的调查证明，煤矿深部巷道只采用一次刚

性支护是不能成功的，这是因为在支护初期，巷道的变形量较大，并且变形速度也比较快，所以，一次支护无法满足这一过程，因此为了能够充分适应围岩的变性特征，必须采取二次支护成巷的方法。在进行二次支护时必须掌握好支护时间，支护的最佳时间应选择在围岩变形稳定后，具体时机需根据实际工程的监测数据进行确定。

3 煤矿深部岩巷围岩支护技术

笔者根据多年的工作实践经验以及一些相关理论，总结出一套比较完整的煤矿深部巷道综合高强度支护体系。该体系主要依据的原理是岩石力学性质、锚注支护以及注浆加固机理，并且与多种复合支护技术相结合，使围岩支护更加稳定。

3.1 主要支护技术施工工艺

具体施工流程如下：岩巷开挖后，进行首次喷射混凝土，之后开始布置锚杆（建议采用树脂锚杆）挂第一层钢丝绳，然后进行第二次喷射混凝土，再挂第二层钢丝绳，随后进行第三次喷射混凝土，接下来打注浆锚杆注浆并间隔一段时间在喷一次混凝土，最后布置第二次锚杆和第二次注浆锚杆即可。该支护技术采用的是多次喷层和双层钢丝绳，大幅度提高了支护体本身的强度以及柔韧性，通过两次不同深度的注浆锚杆，使之形成了网络式注浆。

3.2 复合支护技术简介

1）预空技术。就是提前预留出围岩扩展变形的空间。该技术的

主要机理是：在巷道开挖时，围岩必然会形成二次应力场平衡状态，这期间将会发生大量的收敛变形，根据设计断面的规格提前预留出一部分空间，可以使围岩压力在进行锚固支护前得以释放，并且有利于强韧封层的形成；

2）强韧封层技术。该技术主要是指在深部巷道支护中，以钢丝绳作为径骨、高度密贴岩面的强韧混凝土喷浆层结构。具体支护情况如图1所示；

3）合理置换技术。具体指的是采用针对性的措施将岩体中受外力作用下变得松动的岩石，通过喷射混凝土予以置换，再结合锚杆和注浆，将围岩构建成连续同性的支护体。这种支护体最大的优点是抗拉、抗压和抗剪度都非常高，能够有效的提高围岩的稳定性；

4）实时监控、随时补强。该技术主要是以主动性支护理念作为指导，同时以全程监控为手段，对围岩进行补强，使围岩的强度不断提高，进而使巷道支护能够保持长期稳定。

参考文献

[1]黄新贤，周钢，祁和刚.高应力破碎岩巷注锚支护技术[j].采矿与安全工程学报，2010(4).

[2]郭志飚，李国峰.兴安煤矿深部软岩巷道底臌破坏机理及支护对策[j].研究煤炭工程，2009(2).

[3]赵丽明，等.煤矿软岩巷道支护技术研究[j].中国矿业，2008(4).