软岩大巷围岩失稳机理与控制

能源研究

软岩大巷围岩失稳机理与控制李振杰（阳煤集团寿阳开元有限责任公司，山西寿阳045400）

摘要：软岩大巷围岩的有效支护一直是制约矿井生产作业安全的核心问题之一，以此为着手点，针对软岩大巷围岩失

稳机理与控制展开研究。结合具体工程实际，在分析巷道变形失稳原因的基础上，提出有针对性的支护优化方案，并对其实践应用效果进行检测。结果表明，优化后的支护方案实现了对巷道围岩的有效控制，为井下生产的安全开展提供了保障。关键词：煤矿；软岩巷道；巷道失稳；失稳机理中图分类号：TD354文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)08-0009-02

MechanismandControlofInstabilityofSurroundingRockinSoftRockRoadways(KaiyuanCo.,Ltd.ofShouyang,YangquanCoalMineGroup,Shouyang045400,Shanxi,China)

Abstract:Theeffectivesupportofsoftrocksurroundingrockhasalwaysbeenoneofthecoreproblemsthatrestrictthesafetyofmineproductionoperations.Takingthisasastartingpoint,theresearchonthemechanismandcontroloftheinstabilityofsurroundingrockinsoftrockroadwaywascarriedout.Combinedwiththeactualengineeringpractice,basedontheanalysisofthedeformationinstabilitycausesoftheroadway,thispaperproposedatargetedsupportoptimizationschemeandtesteditspracticalapplicationeffect.Theresultsshowthattheoptimizedsupportschemeachieveseffectivecontrolofthesurroundingrockoftheroadwayandprovidesaguaranteeforthesafedevelopmentofundergroundproduction.Keywords:coalmine;softrockroadway;roadwayinstability;instabilitymechanism

LIZhenjie

0引言

在矿井地下回采作业中，软岩巷道时常发生巷帮移近、顶板下沉和底板突出现象，对生产回采的正常开展造成严重威胁。虽然国内外学者针对软岩巷道的围岩变形与控制进行了大量的研究，但由于煤炭资源分布广，各地软岩巷道在变形机理上存在一定差别，这就需要在具体生产过程中进一步立足实际开展软岩巷道失稳机理分析，进而总结针对性的支护方案，从而真正实现对巷道的有效控制。1工程概述

在受压状态下存在显著的弹性变形破坏现象，属于典型的软弱岩层。310轨道大巷原本设计采用“锚网梁+喷浆”的联合支护工艺，但在实际使用中发生了严重的巷道变形破坏，尤其是断层切割区域，巷道围岩变形尤为突出，主要表现为顶板下沉严重、两帮收敛突出、底鼓变形强烈等。其两帮变形量最大超过800mm，顶底板移近量最大超过1000mm，同时，巷道顶板和肩部都存在显著的压剪破坏现象，并在直墙部分出现显著的贯通裂隙，裂隙宽度最大超过30mm。A矿310轨道大巷位于井下2#煤层顶板，巷道标高-710耀-620m，断面为半圆拱形，掘进宽度4900mm，掘进高度4050mm，净宽度4600mm，净高度3900mm。依照矿井前期地质勘探所得结果，巷道围岩以泥岩、中粒砂岩和砂质泥岩为主，各构成岩体物理力学参数如表1所示。表1岩石力学参数统计表

岩石泥岩中粒砂岩砂质泥岩

抗压强度/MPa

2.3758.7811.2

抗拉强度/MPa

0.762.511.38

黏聚力/MPa摩擦角/毅

1.424.591.92

30.526.432.2

2

2.1巷道变形失稳原因分析

由表1数据可知，310轨道大巷围岩抗压强度最小仅2.38MPa，抗拉强度最小仅0.76MPa，同时，岩石收稿日期：2019-06-24

作者简介：李振杰，1989年生，男，河南柘城人，2016年毕业于内蒙古科技大学矿业工程专业，助理工程师。

井下地质条件复杂A矿井田范围内地质条件复杂多变，存在大量分布形态各异的大小断层且陷落柱发育显著。整个井田已揭露断层密度均值可达150条/km2，其中密度最高可达290条/km2，累计已发行各类断层仅3000条；同时井田范围内已揭露陷落柱数量百余个，多呈现不规则椭圆形，直径介于100耀150m之间。特别是310轨道大巷周边围岩中断层与陷落柱分布交错密集，导致巷道围岩完整性受到严重破坏，巷道围岩整体呈现出明显的松散破碎状态，自身承载性能大幅降低且断层切割还引起了构造应力集中现象，进一步增强了巷道变形。此外，310轨道大巷范围内布设有数量众多的硐室，所造成的应力集中现象十分突出，进一步破坏了巷道围岩，使得其变形现象十分突出[1]。图1即为310轨道大巷及周边硐室分布情况。·9·

2019年第8期图1轨道大巷及周边硐室分布示意图

2.2围岩浸水软化310轨道大巷围岩主要由泥岩和砂质泥岩构成，两种岩体在遇水的情况下会发生软化变形，导致自身强度大幅降低。而310轨道大巷局部顶板与两帮存在显著的淋水现象，导致内部岩体普遍细水膨胀；再加之巷道喷层在围岩压力的影响下出现了开裂或块体脱落现象，使得吸水软化后的岩体暴露在空气中，发生了软化崩解，引起了巷道位移的变形破坏[2]。3

巷道支护方案优化设计

3.1方案设计结合原支护方案的不足，确定A矿310轨道大巷改进支护方案为“锚注+锚网索喷”联合支护工艺，其中，注浆锚杆直径22mm，长1800mm，布设排间距为1000mm伊1200mm，并采用按行排列的注浆孔布设方式。锚网索喷所用锚杆直径22mm，长2500mm，布设排间距800mm伊800mm；顶板锚索直径17.8mm，长8500mm，共布设两排；锚网选用直径6mm的钢筋制成，网格尺寸100mm伊100mm；锚梁选用直径12mm的圆钢制成，其中顶板长4000mm，巷帮长2700mm；喷浆原料配比为2颐2颐1（黄沙颐石子颐水泥）。3.2注浆设备与参数A矿310轨道大巷围岩控制的关键在于通过锚杆注浆实现围岩强度的增加，因此，合理确定注浆作业方式至关重要。而关乎注浆效果的关键指标共三个，分别为注浆量、注浆压力和注浆时间。此次注浆作业采用ZKD高水速凝材料充当注浆材料，所用注浆泵型号为KBY-50/70，注浆锚杆型号为LF-1新型专用注浆锚杆，注浆材料水灰比为3颐2，注浆压力为2耀4MPa，注浆量为单孔50耀100L，注浆时间为20min。3.3注浆锚杆布设鉴于注浆锚杆对巷道围岩注浆坚固效果有着直接影响，因此，在注浆锚杆布设参数的设置上必须充分考虑注浆所需达到的效果，并基于此确定注浆锚杆布设排间距及方式。一方面，要确保相邻两注浆孔所注入浆液在围岩内的径向渗透范围，实现相互贯通；另一方面，注浆锚杆必须为围岩提供充足的支护阻力。结合A矿310巷道的实际情况，确定其注浆锚杆布设方式，如图2所示。4现场实践分析

为了有效检验改进后支护方案在实际应用中的效·10·

2019年8月

果，在310轨道大巷内布设位移监测装置，对轨道大巷水仓周边巷道变形情况进行监测，监测点采用每间隔30m布设一个的连续布设方式，其围岩变形曲线如图3所示。单位：mm

注浆锚杆风筒

椎22伊2200

1200

44600900

椎注浆锚杆22伊1000

图2轨道大巷注浆锚杆布设示意图

-10-50

-15-20-25两帮收敛量-30顶底板移近量-3507-27

08-11

日期08-25（2018年）

09-0909-2309-30

图3巷道围岩变形曲线示意图

分析图3可知，自2018年7月27日—9月30日，在这63d内，A矿310轨道大巷两侧巷帮变形量最大值为34mm，巷道顶底板移近量最大值为29mm，同时，自2018年9月23日起，巷道两帮变形量和顶底板移近量均开始趋于平缓。这些均充分证明，310轨道大巷在改用“锚注+锚网索喷”的联合支护工艺后，取得了良好的支护效果。5结语

软岩巷道作为深部开采中常见的一种巷道围岩形式，在深部开采逐渐成为煤矿行业发展必然趋势的今天，如何实现对深部软弱岩层巷道的有效支护，是确保井下生产作业安全的关键前提。矿井管理者应当高度重视这一问题，在实际生产中，组织专业力量，充分结合矿井生产实际，探寻具有针对性的深部软岩大巷控制工艺，从而为整个矿井综合效益的提升提供保障。参考文献：1］毋凡.玉溪煤矿主斜井变形破坏机理分析［D］.西安：西安科技

大学，2017.

2］辛亚军，穆利斌.高应力泥岩顶板巷道围岩失稳特征及控制分

析［J］.采矿与安全工程学报，2017，34(3)：519-526.

（责任编辑：白洁）

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