浅析深井高应力巷道围岩变形特征及控制

朱胜利

摘 要：随着我国经济的不断发展，我国对煤炭资源的需求也越来越大，目前许多大型煤矿经过几十年的开采，浅部煤层已经接近枯竭，因此煤矿纷纷开始向深部挖掘。煤矿向深部开采意味着煤矿的开采工作将在高应力环境中工作。本文中，我们对深井高应力巷道围岩的变形特征进行分析，提出了控制圍岩变形的一些具体措施。

关键词：深井高应力；围岩变形特征；控制措施

因为煤矿逐渐向深部挖掘，所以在开采过程中经常出现巷道严重破坏的情况，并且开采工作面的围岩稳定性也极差。为做好深井巷道的支护工作，保证开采作业的安全进行，我们有必要分析高应力下巷道围岩的变形特征，并且要针对变形特征采取合适的控制措施，以保证煤矿的正常工作和安全生产。

1 深井高应力巷道围岩的变形特征

以十三矿为例对深井巷道的围岩形变进行分析。该矿井地质属于二叠纪，并且该矿井所在矿区已经有了几十年的开采历史，目前其开采主要是深井开采，因此该矿井符合深井巷道围岩变形特征的研究要求。

1.1 该矿井巷道的现状

经过几十年的开采，该矿井巷道以及围岩出现了许多的问题，主要表现在以下几方面。

第一，巷道内的地压明显增高。在矿井进入深部开采后由于矿井深度以及巷道围岩复杂应力结构的影响，巷道围岩所受压力明显提高，围岩变形比较明显，因此开采过程中经常出现支护失效等问题，这给开采作业带来了严重的安全隐患，影响了开采的持续进行。

第二，深井巷道围岩强度低，巷道地形复杂。由于深度的增加，巷道围岩的主要构成成分也发生了明显的变化，深井围岩的成分主要是膨胀性较高的矿物质以及粘土含量高的矿物质，这种围岩在高应力的作用下变形十分明显，因此巷道呈现出软岩巷道的特征。

第三，深井巷道底板膨胀以及顶板下沉现象比较严重。由于深度的增加，巷道顶板所受的压力也在不断增加，再加上巷道围岩多为软岩，因此巷道内顶板沉降现象比较严重。并且，深井巷道内的水平应力也在增加，以至于底板膨胀的现象频繁发生。

第四，深井巷道对受力十分敏感，经常出现突然失稳的状况。由于巷道内软岩增多，巷道地压力增高，因此巷道的受力敏感性不断增大，稍微一点受力的变化就会使巷道失稳，从而出现冒顶、突水等状况。

1.2 深井巷道的变形特征分析

为做好深井巷道的支护工作，必须掌握深井巷道围岩的变形规律，因此我们有必要对巷道围岩进行一系列的检测研究以发现深井巷道围岩的变形规律。本文中，针对该矿井的特点，采用了多基点位移监测的方法。具体的操作如下：首先，我们按照地形特点将深井巷道分成不同的6段；其次，在不同分段内我们都设置了监测站；最后，每一组监测站中，我们都在巷道的顶部和两侧安装了监测仪，以实时记录巷道围岩的变形情况。

第一，深井巷道在高应力的作用下会发生很大的变化，其中巷道顶板的形变速度与形变量都远大于巷道两侧的形变量与形变速度。

第二，深井巷道围岩的形变在不同的时期有不同的特征。在开采初期深井巷道围岩的形变速度逐渐加快，围岩形变量最大；在开采中期围岩的形变速度逐渐的变缓，形变量也逐渐变小；在开采的后期，围岩的形变趋于稳定，而且形变速度逐渐平稳，围岩形变位移最小。

2 高应力巷道围岩形变的控制措施

2.1 围岩支护工作中的原则

为防止围岩形变所造成的安全事故的发生，需要采取必要的支护措施以控制围岩的形变，并且在支护工作中我们要遵照一定的支护原则。

第一，支护目的是对围岩形变提供一定的阻力，从而限制围岩的向纵深形变。按照这一原则，在支护时我们尤其要注意增强支护的强度，避免出现危岩以及形成较大的破碎区，从而增强围岩的约束力。

第二，支护注浆操作要以改善围岩的性质为主要目标，并且注浆要能够有效的提高锚固地基的稳定性。按照这一原则，在注浆支护中要注重提高围岩的自身承重能力以及围岩的整体性，并且要使锚杆得到有效固定，从而有效的控制围岩形变。

第三，在支护工作中要进行二次支护。在第二次支护作业中，要重点关注支护的强度以及高度，并且要结合实际的围岩形变情况重新加固围岩，从而有效的控制围岩形变。

2.2 控制围岩形变的具体措施

该围岩工程通过一次支护和二次支护来控制围岩的形变，接下来便分别展开研究。

2.2.1 一次支护措施

经过大量的分析研究，我们发现如果在巷道的第一次支护中采用刚性支护，此时支护不利于围岩形变压力的释放，从而会造成更严重的围岩形变，因此在一次支护中我们一般都采用柔性支护，以减少围岩对支护结构的压力。接下来我们以锚网索喷方式为例，对一次支护进行介绍。

采用锚网索喷支护时，要考虑到材料的选择，首先，选用冷拔钢筋组成的金属网，同时金属网格的宽度以及长度都要符合实际的工作要求；其次，我们还要选择合适规格的锚索；最后，要合理的规划锚索的间距以及锚杆之间的间距，并且要严格的按照施工要求，安装锚杆以及金属网。

2.2.2 二次支护措施

由于围岩应力的作用，一次支护在使用时会逐渐的失效，从而造成围岩形变控制的失效，因此我们要在一次支护完全失效前及时的进行二次支护，以控制围岩的形变。二次支护我们一般采用强支，这样可以避免围岩形变进一步加剧，这是因为二次支护主要目的是补偿围岩因形变而降低的切向应力。

实践中主要采用锚杆、注浆锚索和钢筋梯结合的方式进行支护。首先，锚杆的规格要与一次支护中的锚杆规格一样，二次支护的锚杆主要设置在一次支护中两排锚杆的中间；其次，注浆锚索也要设置在原来支护中的两排锚索之间，同时要注意锚索型号的选择；最后，选择合适规格的钢筋梯并按照施工要求进行钢筋梯的安置，从而确保围岩的稳定。

3 结语

深井高应力巷道的围岩形变控制是深井巷道支护的重要课题，它直接关系到深部矿井日常生产的效率与安全，因此研究深井高应力巷道围岩的变形特征具有十分重要的实践意义。

参考文献：

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