深部沿空掘巷围岩变形破坏特征与支护对策研究

摘 要：随着我国社会水平的提升，对于矿井的开采深度及强度也逐渐增强，由于地质条件及高强度开采等因素的影响，使得矿井周围岩体受到严重的破坏，各种安全事故频发，基于此，本文主要研究了深部沿空掘巷围岩变形破坏特征，并对其破坏特征提出了相应的支护对策，以期提升矿井开采的安全力度及整体质量。

关键词：沿空掘巷；围岩变形；特征；支护

前言：我国人口数目的逐渐增多，对于能源的需求程度也随着提高。尤其是对于煤炭资源的需求最高，使得浅层的煤矿资源枯竭后，开始向更深的部位进行开采。在深部开采中，各种问题应运而生，比如：松软膨胀的巷道或是特大不规则形的巷道等，都存在围岩变形的状况，为此有关施工人员要针对问题，提出相应的支护对策，进而提升煤矿的整体开采质量。

一、深部沿空掘巷围岩变形破坏特征

针对某一工作面进行掘进工作时，设其沿空掘巷的煤柱宽度为五米，并且其巷道的不规则形呈矩形状，约为4.8m*3.5m，其原支护方案使用的是锚网带索的方式，顶板是φ18mm*L2200mm的KMG500左旋式无纵筋螺纹钢锚杆，预紧力为120N·m；帮部使用的是φ18mm*L2200mm的KMG400左旋式无纵筋全螺纹锚杆，预紧力为60N·m，而且每个孔都会使用一支MSCK2350的锚固剂，其间排距大致为0.8m*0.8m。但其顶锚索的规格为φ22mm*L6200mm，运用“2-1-2”式进行五花行布置，预紧力为100kN，每个孔布置两支MSCK2350的锚固剂，其间排距为1.6m*1.6m，顶板使用的是4600mm*100mm*10mmT型钢带，帮部使用的是8号钢筋梯护表。在具备以上条件的情况下进行巷道掘进100m工作，其围岩变形状况如下：

首先，巷道的围岩变形速度逐渐增加，变形程度很严重，当向前掘进100m，顶板的下沉量会达到507mm左右，底鼓量达到274mm，顶板离层为150mm，大大超出了离层仪所测数据的量程，使得其两帮严重鼓出，且移近量为843mm左右，沿空帮内的移量为546mm左右[1]。由此可得出围岩表面的位移规律：底鼓<实体帮内移<顶板下沉<沿空帮内移。其次，支护构建的保护效果大大降低。在两帮的底角、侧顶板、肩窝等重要部位会有锚杆绷断，托盘压裂及滑脱等现象，按照以上支护方法推进100m，有18根锚杆被绷断，大多处于自由端及锚固端相交处绷断；还有12根锚杆直接穿过托盘与钢带进入了煤体，使得锚索的托盘有反弯或者压裂的状况出现，另外顶板与其两端的金属网兜有撕裂现象，其保護表面功能失效。然后，围岩的松散程度及破碎范围变大。巷道所使用的锚网带索式支护结构，其使用的材料及其参数与围岩松散破碎特性、不规则形支护需求严重不符，使其很难作为稳定有效的承载结构进行保护工作，进而在高应力及岩石覆盖层的支撑压力下，沿空巷道的松散破碎范围扩大，不在锚杆锚固的正常范围内。最后，围岩具有明显的流变性。在开挖巷道后，除了底板外，另外三面都是软弱的破碎煤体，并且顶底板大多是粉细砂岩或泥岩等多种软弱岩层。在掘巷思维稳定期内，围岩具有明显的流变性，并且变形量也逐渐增加，在其流变期内底板推进位移速度与两帮移近速度增加，分别为6.8mm/m、8mm/m，加之受到其工作面超强的支撑压力影响，围岩变形程度加深，若是继续使用锚网带索式的支护方式，很难保证深部沿空掘巷具有较强的稳定性[2]。

二、深部沿空掘巷围岩变形的支护对策

（一）强力让压耦合支护

首先，对于锚杆锚固区所属范围内的围岩，其离层、缝隙张开、滑动、产生新裂纹等非连续性的扩容变形，都可以使用具有高预应力的强力支护进行控制，使围岩能够属于受压状态，进而增强围岩的丰厚强度，阻止围岩出现弯曲变形、剪切、拉伸等破坏现象，将围岩作为承载主体，使其在锚固区内能够形成一种预应力承载结构，避免在锚固区内产生外离层，逐步完善深部围岩的预应力状态。与此同时，还要使用高预应力的锚索，在深部稳定岩层中固定一个预应力承载结构的锚固，从而提升围岩整体结构的稳定性能。

其次，要保证支护结构具有有效的让压功能，能够将围岩内所集聚的一些应变能进行释放，充分提升其具有的承载能力，进而使支护结构能够对能量进行吸收并转移。与此同时，还要在实际煤帮中进行打卸压孔，使高应力能够转移到围岩的更深之处，这样能够减轻煤帮较浅部位中的围岩应力，确保巷道围岩具有高度的稳定性能。

除此之外，还要在确保支护系统中不同组合构件的强度、硬度、延伸量等多种参数之间相互匹配，使支护系统中不同构件的强硬度、锚索的延伸量等不同参数能够符合围岩在受力变形时产生的特性，从而有效避免支护与其围岩能够相协调、不变形，使围岩能够发挥其高效的自身承受能力，进而达到深部沿空掘巷围岩不变形。

（二）加强主要部位支护效果

巷道的最薄弱部位是否具有稳定性决定其整体结构是否稳定，巷道之所以会失去稳定性，是因为其某个部位或是某几个部位出现变形状况，由于没有及时发现，使其渐渐地在整个围岩之中扩展。若是巷道的围岩中有薄弱的环节出现，那么此环节就会直接造成巷道出现破坏状况，所以在完善巷道支护时，务必要加强其主要部位的支护效果，进而提升围岩整体的稳定性能。控制沿空掘巷围岩具有高效稳定性的重要因素就是确保窄煤柱的稳定。在实际开采工作中，对上区段的回采集、开挖巷道等行为都会使窄煤柱的两端出现破碎区域，使其整体都处于一种塑性的破坏状态，承载力极弱。因此，扩大窄煤柱的宽度，在某种程度上能够削弱上层覆盖岩层所承载负荷产生的集中实体煤帮应力，可以避免煤帮的破碎范围逐渐扩大，进而阻止了顶板跨度的增大及下沉状况，提升其顶板的稳定性能[3]。

另外，在深部高应力、顶部煤体严重下沉等情况形成的附加水平应力下，顶层煤体与顶部层里面出现剪切破坏现象，同时使得周围的煤体出现破坏现象，进而使顶部煤体两侧肩窝部位出现范围较大的塑性区。这时应在两侧肩窝的斜上方进行打锚索处理，使其能够与顶板锚索一同起到稳定作用，并将顶煤锚固放置在岩层深部的稳定区域之中，以此来加强对此区域的支护。对于巷道两帮角底出现的滑移、变形状况，应在其两角底加强支护，从而避免因底部岩层滑移、剪切产生底鼓现象。

结束语：综上所述，深部沿空掘巷围岩变形破坏特征为巷道的围岩变形速度逐渐增加，严重变形；支护构建的保护效果大大降低；围岩的松散程度及破碎范围变大；围岩具有明显的流变性。根据以上围岩变形破坏特征，应使用强力让压耦合支护与增强重要部位支护效果得围岩控制原理，进而促进煤矿挖掘工作有效进行。

参考文献：

[1]李建沛.基于FLAC～（3D）的综放沿空掘巷锚杆支护研究[J].太原学院学报（自然科学版），2018，36（02）：9-12.

[2]张书军，徐学锋.深孔爆破切顶卸压控制沿空掘巷围岩变形技术研究[J].煤炭工程，2018，50（03）：57-59+62.

[3]冯廷灿，邹德均，周诗建.动压影响下留窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术[J].煤矿安全，2018，49（03）：87-90+94.

作者简介：

杨发军，（1991-），籍贯到市（甘肃省武威市），民族（汉），职称（助理工程师），学历（本科），研究方向（煤矿防治水）。