围岩松动理论指导井巷维修实践

曹 佩，谢才根，陈其生

（江西省新洛煤电有限公司，江西 丰城 331107）

1 概况

新洛公司山西煤矿主采煤层23＃、21＃、13＃煤层，其中23＃煤层为厚煤层，平均厚度5.0m，煤层结构复杂，含多层薄层夹矸，普氏硬度3～4，煤层倾角8°～22°，煤层赋存相对稳定。23＃煤层伪顶为粉砂岩夹煤线，厚度0.8m，含炭质较高；直接顶为粗粉砂岩，厚度2.0m，致密坚硬；老顶为灰色细砂岩，厚度15 m，坚硬。直接底为粉砂岩，厚度2.0m，较坚硬，不易底鼓；老底为灰色细砂岩，厚度5m，致密坚硬。该矿为瓦斯矿井，23＃煤层瓦斯绝对涌出量为3.17m3／min，相对涌出量6.28m3／t，煤层不易自燃，煤尘无爆炸性。

2009年施工的2309工作面为沿底检顶煤采煤方法，全部垮落法管理顶板，工作面巷道沿底板施工，煤巷掘进为钻眼爆破法，支护方式为11＃矿Ⅰ钢梯形支护。2309工作面储量大，井巷使用寿命长，初期施工的井巷已多次受压变形，井巷维修已达到每月一次，维修成本剧增，安全威胁加大。

2 围岩松动圈理论

围岩松动圈理论认为：巷道支护的对象为松动圈围岩自重和深部围岩的部分弹塑性变形，而围岩松动圈是围岩应力与围岩强度的函数，它反映了巷道稳定程度。裸体巷道，其围岩松动圈都接近于零，此时巷道围岩的弹塑性变形虽然存在，但并不需要支护；松动圈越大，收敛变形越大，巷道就越难支护。因此，围岩松动圈理论认为，支护的目的就在于防止围岩松动圈发展过程中所产生的有害变形，从而达到稳定巷道平衡的目的，在井巷维修中控制松动圈的发展，可以减少维修次数，降低维修成本。

3 控制围岩松动圈发展的实践

3.1 煤巷围岩松动圈发展的过程

2309工作面两道为梯形工字钢支护，井巷服务年限超过10个月后，背帮背顶材料变脆腐烂，顶、帮煤岩风化垮落，煤体与支架存在一定的空隙，受矿山压力影响，上覆煤岩受压碎胀，煤矸充填空隙，上覆裂隙向上延 发展，扩大了松动圈范围，维修后的支架承担了比以前松动圈围岩自重、上覆煤体的部分弹塑性变形更大的压力，因此，每次维修均必须提高支护强度。

3.2 围岩松动圈理论在井巷维修中的实践

2309集中运输巷：支护型式11＃矿Ⅰ钢，梯形，净断面2.0m×2.0m，棚距0.6m／架，初次维修2010年8月，第二次维修2011年元月，第三次维修2011年4月，即每3个月维修一次。

2309保巷：支护型式单体液压支柱，矩形，净断面1.8 m×2.0m，棚距0.3m，初次维修2011年2月，第二次维修2011年7月，即每5个月维修一次。

3.3 巷道围岩松动圈的估算

假设井巷维修挑顶高度0.6m，到下次维修，上覆0.6 m 空隙需围岩碎胀充填，松动圈发展高度为0.6 m÷1.2（碎胀系数）=0.5m，即上覆又有0.5m 围岩碎胀，支架需增加0.5m 围岩自重的支撑强度。

3.4 控制围岩圈发展的措施

（1）巷道施工时必须立即支护，减少空顶时间，缩小松动圈扩展的空间。

（2）巷道支架的支护强度必须达到控制围岩松动的要求，使支架的支承力和松动圈围岩自重、上覆松动圈的弹塑性变形压力相平衡。

（3）提高副料的支承强度。

（4）采取防止副料变脆腐烂的措施。

（5）巷道维修后的支架加密，顶、帮背严，不使支架上部出现空隙。

4 结语

松动圈是在围岩自重和围岩应力的作用下产生的，支护不能阻止其形成，但合理的支护条件下，松动圈具有收敛性；充分利用好松动圈理论，加密支架，提高支承力，可以控制松动圈的发展，从而达到减少巷道维修费用的目的。