高地压隧道卸压槽与柔性支护防冲击地压技术

赵谦

摘   要：冲击地压是深部井巷工程最严重的自然灾害之一。通过在完整的巷道底板开凿卸压槽，人为地形成应力集中点，并在卸压槽内充填和巷道表面喷涂新型柔性材料，使开巷道施工过程中岩石中聚集的压能得到逐步释放，从而避免了破坏性冲击地压的发生，表明卸压槽与新型柔性材料相结合的工艺对防止巷道冲击地压是非常有效的工艺。

关键词：冲击地压  卸压槽  柔性材料

中图分类号：TD713.3                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0063-03

Abstract： By digging a pressure relieve groove along the two sides of the floor of a laneway and supporting the ceiling and side wall of the laneway with a newly developed soft material， sudden collapse of the rock during deformation is avoided， rock burst is thereby prevented successfully.

Key Words： Tension relief groove; Rock burst; Soft material

冲击地压是深部井巷工程最严重的自然灾害之一。自1738年世界上首次有记录的冲击地压事故发生在英国南部斯塔福煤田以来，冲击地压事故记录频繁发生，世界上几乎所有采矿国家都有发生。我国冲击地压是世界上发生频繁，灾害后果最为严重的国家。随着开采深度和开采强度的增加，冲击地压灾害越来越严重。近几年来发生冲击地压的大型矿井己达数百个。

冲击地压是由于应力超过煤岩体强度而产生破裂。冲击地压发生时岩石的应力和变形都发生突变。某项目隧道处于高山底部，其围岩比较坚硬，在施工过程中引起原始应力状态破坏后，巷道顶底板不易发生缓慢的屈服，而是在应力达到其破坏强度以上时发生破坏性的突变，两帮岩石抛出，底板鼓起，支护严重损坏，造成冲击地压灾害，对安全生产构成严重威胁。经过综合治理，冲击地压强度和频度虽有明显下降，但仍时有发生。防止冲击地压发生，减少巷道底鼓现象，对保障矿井安全，减少巷修工程量，提高生产效率都有重要意义。

但截止到目前，冲击地压的防治仍然以经验为主，缺乏有效的理论指导。防治破坏性冲击地压的发生，要较准确地预测冲击地压可能发生的位置和时间，然后采取适当措施解除其威胁。为有效预防巷道冲击地压，减少巷道底鼓而对生产造成影响，保证巷道的支护强度和使用功能，开展了卸压槽防冲和柔性支护相结合，以减少巷道变形的研究，研究了卸压槽防冲的参数及其效果。

1  卸压槽布置及巷道支护方案

某巷道为砂泥岩巷道，顺层布置，其宽为3.3m，高度为3.35m，采用锚网支护。巷顶部设三排锚杆，长度为1.95m，两帮各三排锚杆，长1.85m。铺设金属网范围为两帮距底板1.65m以上及顶板。

在距离其约30m有一地下工程正在施工，由于两工程距离近，形成的动压引起该巷道变形，并出现冲击地压现象。为减少冲击地压危险，在巷道底板两侧布置卸压槽试验段。卸压槽距离巷帮约50cm，长度约为60m，深1m，槽宽325mm。巷帮采用ABT高效复合材料喷注，其外部混凝土喷浆处理。ABT高效复合材料为柔性材料，在强大矿压作用开变形，但不易破坏其外部的喷浆层。

卸压槽内同样充填ABT高效复合材料，这样即使卸压槽发生形变，其周边的岩石也不会破坏，可有效保护巷道。巷道支护及卸压槽形状与具体位置见图1。

巷设立卸压槽观测站，对其施工过程中巷道的变形和压强变化情况以及该段巷道内的应力变化进行观测，研究卸压槽的防冲效果。

为研究卸压槽防冲及缓解底鼓效果，观测卸压槽在不同采位时的槽横向宽度、纵向深度值，以及卸压槽内横向压强值。在1#、2#槽内各布置两个测点，每个测点布置一套纵、横向位移和一套压力检测装置，用来监测槽内位移和压强的变化值（監测装置布置方式见图2）。

2  巷道观测结果

卸压槽观测于2016年10月13日开始，至2017年1月28日结束。在此期间，观测巷道顶板下沉量小于50mm，巷帮变形也较小，没有发生巷道冒顶、片帮现象及冲击现象。同时，分别对两个卸压槽进行定量测定，共取得146组观测数据。观测结果如图3～图4所示。

图3左图为1#卸压槽1#测点侧向压力随其与采面距离之变化曲线，从图可以看出，日工作面采至距槽204m时，侧向压强值突变为2MPa，随后压强值逐渐增加，2月13日采面距1#卸压槽67.2m时，压强值增长为13MP，其后压强表值又降为12MPa。其纵向变形量最大值为-17mm，变形率为1.77%，横向最大变形量为-12mm，变形率达3.72%。图3右图为1#卸压槽1#测点侧向压强与其与采面距离之间关系图。可见侧向压力随采位与槽位距离呈台阶状变化，即压力一步一步地升高到极大值，这一变化规律与采场支承压力的变化相同。

1#卸压槽纵向变形直至1月26日采面距槽14.3m时，才发生较大变化，卸压槽中部纵向变形量-10mm，卸压槽中部横向变形量较小，最大值为-2mm。侧向压强呈台阶状上升，最大值为13MPa。

图4为2#卸压槽压强及变形量的变化曲线，可见2#卸压槽1#位纵向变形量较明显，16年12月4日当采面距2#卸压槽201.7m时，卸压槽纵向测杆减小10mm，随后保持不变，到2017年1月20日，当采面距2#卸压槽67m时，卸压槽纵向测杆突然减小30mm，横向最大变形量为-5mm。侧向压强最大值为13MPa。2#卸压槽纵向变形量最大值为-15mm，横向最大变形量为-23mm;侧向压强最大值为15MPa。

3  结果分析

开掘卸压槽后，没有出现工作面以往常出现的底鼓现象，卸压槽内充填和巷道表面覆盖了柔性材料后，尽管巷帮变形，但不会出现片帮和巷道“炸帮”现象，也没有出现冲击地压现象，说明卸压槽与柔性支护结合的工艺起到了良好的防冲作用。

从卸压槽内压强和形变的监测结果（图3～图4）看：随着测点接近工作面，卸压槽内压强呈台阶状增加，最大值在13～15MPa之间，远小于未设卸压槽处的最大地应力，说明卸压槽有效地防减少了开采中的应力集中。随着测点与工作面距离不断减少，卸压槽内的变形亦呈阶梯状增加，由于采用柔性支护，巷帮不会发生崩塌，仅发生一系列小的破坏与形变，吸收了巷道集中的压能，从而有效防止了应力过度集中引起冲击性破坏。

4  结语

卸压槽与新型柔性材料支护相结合，在完整的巷道底板开凿卸压槽，人为地形成应力集中点，使开采引起巷道地压增加过程中，使岩石中聚集的压能得到逐步释放，从而避免了压强增大超过了巷道围岩强度而突变形成破坏性的冲击地压。工程应用表明，卸压槽与新型柔性材料相结合的工艺对防止巷道冲击地压是非常有效的工艺。

参考文献

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