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谈巷道动压显现与支护技术周如柳贵州盘江煤电集团公司 老屋基矿摘要：着重分析受采动影响的工作面压力显现规律，指出老屋基矿在生产过程中巷道动压的产生对原有巷道的影响，并提出了相应的支护措施。 一、概述1、矿井基本概况老屋基矿于1975年投产，设计生产能力90万吨，由41部队建井，移交时的设计能力只有60万吨，经过近30年的生产和技术改造，到2005年实际产量达102万吨，现已延深到+1260水平（第二水平），相对高差已达500米。由于多年回采、采空区叠加的动压影响，直接造成巷道支护和维护十分困难，因此，解决动压巷道的支护问题成为该矿势在必行的任务之一。2、矿井压力显现特点开采前，岩体处于静止状态，所以原岩处于原始平衡状态，巷道在掘进过程中，多数处于原始应力场中的静压状态，当采面形成并进行回采后，破坏了原来的应力平衡状态，改变了原岩应力场中的静压状态，应力值突然增大，引起岩体内应力的重新分布，巷道原有静压状态下稳定平衡被打破，围岩发生显著变形位移和压力增大，需要经过应力重新分布达到新的平衡，巷道围岩才能重拳稳定下来。因此，如果巷道的支护不能适应采动影响带来的应力变化的情况，或者不能及时采取相应的加固补救措施，则巷道会到不同程度的破坏、或断面变形、或围岩松动并失去平衡和稳定作用，影响巷道的正常使用。二、矿山压力的显现规律1、矿山压力的主要影响因素首先是地质因素：一般来说，软岩的强度低，受力后容易产生变形和破坏，岩层的层理、节理发育，对其强度影响极大，开掘时容易发生冒顶；其次是开采深度：上覆岩层重量大，形成的支承压力就越大，在开采过程中，矿山压力显现明显；三是煤层倾角：生产实践证明，煤层倾角越小，矿山压力显现大，反之，矿山压力显现稍小；四是生产因素：生产因素是人为的，主要表现在巷道位置、支护形式、开采顺序、工作面推进速度和控顶方法等；围岩自稳时间短、来压快。在没有支护的情况下，围岩从暴露起开始失稳冒落时间仅为几十分钟到几个小时，甚至在没有进行超前支护就随着围岩的暴露而马上冒落。围岩自稳时间长短主要取决于围岩强度和地压大小，同时和巷道断面形状、掘进方法及巷道所处的位置等有关。围岩变形量大、速度快、持续时间长。根据国内大量统计数据，一般软岩掘进后第12天，变形速度小的为510mm，大的为50100mm；变形持续时间一般为2560天，有的达半年以上。在支护不当加之巷道位置处于应力集中区域，变形速度更快，如该矿131217回风巷在12#煤层（属三软煤层）中掘进，原设计留6m煤柱，正好处于应力集中区，造成刚掘巷道在一个月内由原来的下宽中高=5270mm3600mm变形为下宽中高=3500mm2600mm。围岩四周来压、底鼓明显。松软岩石由于结构疏松、强度低，很难支撑上覆岩层的重量，围岩在自重的作用下，以垂直变形为主，垂直变形中又以底鼓为主。底鼓明显是软岩巷道的重要特征。软岩巷道如果底板不支护，就出现一个支护结构的薄弱带，巷道破坏就从底板底鼓开始，又因底鼓导致巷道两帮移近和巷道帮脚破坏而片帮冒顶，造成巷道全部破坏。围岩遇水膨胀、变形加剧。软岩一般都富含亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石，这些岩石遇水后软化，体积急剧膨胀，从而产生很大的膨胀力，变形也更加剧烈。普通刚性支护普遍破坏。软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护承受很大变形压力后很快发生破坏，所以目前刚性支护也不适应软岩巷道。围岩应力水平高。围岩强度低是形成软岩的重要原因，但这只是一个相对概念，还与地应力紧密相关。围岩强度小但地应力也小时表现不出软岩特征；围岩强度大但地应力很大时却表现出软岩的特征。围岩应力水平高表现在以下几个方面：1）巷道埋深大。我矿90年代平均开采深度已达300m，现在我矿开采深度多在400m500m。2）构造应力大。我矿地质构造复杂，并且纵横交错，最大落差达50米以上。3）集中应力作用大。工作面前方支撑压力集中系数为原岩应力的36倍，跨采巷道、煤柱下巷道、受邻近采掘影响的巷道，其巷道围岩均承受很大集中压力的作用，从而使巷道围岩由稳定状态向软岩状态过渡。2、回采工作面集中区压力分布特点采矿工作破坏了岩体应力的静态的平衡状态，采掘空间周围岩体的应力在一定区域内将重新分布（见图21）；当在煤层中开掘切眼后，位于切眼上方岩石的支撑点发生移动，上部岩层的重量将向巷道两侧转移，使两侧负荷增加，形成集中压力，在集中压力的作用下，煤帮破坏变形，承载能力降低，高峰压力即向煤帮深部转移，其抗压强度也逐渐增加，支承压力也随之形成，在采空区上覆岩体的重量转嫁于采区四周，形成了各种状态的集中压力带。1）随着回采工作面的推进，煤炭大量的采出，在采空区上方形成垮落、断裂、弯曲下沉而不断移动超前集中应力，在工作面两侧岩梁的跨度愈演愈烈，老顶就逐渐下沉（如图22）所示，这时工作面顶板下沉加快，煤壁片帮严重，支柱受力增大，接着发生顶板台阶式下沉，这是工作面回采图21 支承压力 图22 采面老顶初次来压以来老顶第一次大规模来压，也叫老顶初次来压，这时工作面的推进距离在2035米之间。对我矿多个工作面观测分析，超前集中压力在回采工作面前后方的分布大体可分为：不受采动影响的岩石应力区B，可达工作面前方140200米；受一般动压影响的动压区A，约在工作面前方的2555米，动压集中区A+B，属应力集中程度最高的强烈影响区，一般位于工作面煤壁前方的3055米，以最高应力峰值KyH为界，应力集中系数K值一般在1.43.9左右（图1和图2综合分析）；2）回采工作面初次来压后，老顶岩梁由双支承状态变为悬壁状态，随差工作面的继续推进，老顶悬梁周期性折断下沉，工作面周期性的出现顶板下沉加快，煤壁片帮严重，支柱受力增加，顶板为台阶式下沉（如图23），这时就出现了回采工作面的周期来压现象。图23 采面老顶周期来压总之，矿山压力的显现过程是：急剧升高相对稳定又急剧升高又相对稳定，呈波浪状态。3、动压巷道围岩压力的显现特点在煤（岩）体内掘进巷道后，巷道围岩产生变形、位移、破坏甚至垮落，这时就产生了巷道的地压现象，它主要表现在巷道的顶压、侧压、底压和巷道斜压上（见图24）。在煤（岩）体中开掘巷道后，巷道上方的煤（岩）体失去了支撑，产生拉应力，在拉应力的作用下，煤（岩）体产生裂缝相互交错，使煤（岩）体成为碎块，这时如果没有支护，这些碎块就会掉下，产生冒顶；当裂缝继续延伸和扩大，达到一定高度并稳定形成自然平衡拱后，其自然平衡拱内的煤（岩石）重量就全部作用在巷道的支护形式上；与此同时产生的巷道底压和巷道侧压也同样作用于巷道的支护形式上。 巷道顶压 巷道侧压 巷道底压图24 巷道地压显现三、动压巷道的支护由于支动压巷道要经历由动压的应力状态的多次变化，围岩的压力、变形、位移也随着动压的变化而发生多次相应变化，从平衡到不平衡，最后又趋于平衡，而且变化剧烈，时间短暂，即体现在“急剧升高相对稳定又急剧升高又相对稳定”的压力显现规律，从而导至巷道围岩压力显现很大，巷道变形严重，维护困难；因此要使围岩能经受住反复的压力变化而不松动破裂，就要求支护具有较高的抗变形能力、有较大的刚性和足够的柔性和可缩性，锚索网喷支护就是具有这种特点。1、锚杆支护动压巷道采用锚杆支护时，锚杆密度应相应加大，减少锚杆间围岩的跨度，使锚杆支护的抗力分布更均匀，减少锚杆间岩石的应力和变形，防止其开裂和剥落，这样，既可以使围岩更加稳固，适应动压的变形位移作用，又可以防止锚空现象，发挥锚杆的作用。在压力集中、围岩强度高的情况下，最好采用锚索支护，以适应围岩变形、位移情况，增大锚杆支护的可缩性，有效地调整和控制矿山压力和位移。锚杆必须有适当的、一定强度的托板和附件相匹配，以便使锚杆固力更能均匀地分布在围岩中，更好的控制锚杆间岩体的稳定。另外，在煤层中掘进的巷道，锚杆托板应稍做大些，使锚杆托板更能起到护帮的作用，防止煤壁剥落使托板空悬而影响锚杆的作用，2、锚网支护锚网支护是采用锚杆、钢筋网或铁丝网联合支护的一种支护方法，它适用于服务年限较长的岩石动压巷道，为了减少巷道的维修量，通常把这种支护方法也用于服务年限较短的煤层动压巷道中，如回采工作面的上下巷等。实践结果表明，锚网支护结构具有较好的适应动压剧烈变化的能力，适用于围岩（或煤层）强度低，整体性差，裂隙、节理发育，易剥落、片帮、冒顶而自稳能力较差的巷道，适用于动压集中，矿山压力大、变形位移量大，而且动压变化剧烈的岩巷、半煤岩巷和煤巷，是动压巷道的一种主要支护形式。3、联合支护当巷道过老巷、采空区及地质构造带时，围岩变形位移严重，动压集中压力会明显增大，这时，单靠锚杆支护或锚网支护仍不能满足围岩稳定、巷道安全使用的要求时，就可以采用联合支护，进一步提高支护的抗压能力，充分发挥其单独的和共同的优势，保证巷道安全正常使用。四、结束语锚杆支护在巷道处于静压状态时尚能正常安全使用，而在动力作用的影响下，单靠锚杆支护难以维持巷道稳定时，则需及时补充传统支架，形成联合支护，以弥补锚杆支护抗力不足的一面，达到巷道的正确维护要求，保证巷道正常安全使用。动压集中压力突出，围岩变形位移比静压状态增加幅度过大，变化剧烈，如果完全采用锚杆或锚网支护，虽然也能收到比较好的支护效果，但为了适应动压、卸压状态的频繁变化，要求锚杆参数大，代价高，对于一些服务年限较短的采区（工作面）巷道来说，是很不经济的。在这种情况下，如果锚杆支护，在保持围岩静压状态下能充分发挥其作用，尽可