深部开采矿井巷道围岩变形监测分析

王春森 杨勇

摘 要：我国深部煤炭储量较为丰富，针对深部矿井巷道破坏类型，文中首先对深部矿井巷道破坏类型进行了分析，进而以山东某矿的巷道支护特点及围岩特性为例，对深部矿井的巷道表面及深部变形监测数据进行了分析，并提出了加强支护的建议。

关键词：深部矿井；巷道；变形破坏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.076

我国煤炭储量的35%埋深超过1000m，开采难度大，地质灾害复杂，在浅部矿井中出现的各种问题，在深部矿井中表现得更为明显，监测及控制难度更为困难，虽然近些年来国内外众多学者对深部矿井的巷道的变现理论、支护手段、监测等方面进行了研究，但深部矿井巷道的支护与监测仍是较为薄弱的环节[1]，现场实测数据是判别巷道是否稳定、支护方式是否合理的重要依据，因此，对巷道围岩变形监测的研究显得十分有必要。

1 深部矿井巷道破坏机理

深部矿井巷道围岩破坏形式主要分为顶板下沉、两帮收敛、低鼓等形式。

（1）顶板下沉。在巷道掘进过程中，巷道顶板岩层由于掘进的影响，首先发生弹性变形，开挖后由弹性变形向塑性变形发展，此过程中巷道顶板发生较小变形，整体保持稳定；开挖结束后，巷道顶板岩层受到应力及其他因素的影响，顶板岩层出现流变性变形[3]。若此阶段巷道支护强度能抵抗住巷道顶板变形，则巷道处于工程安全范围内，若不能满足要求，则巷道顶板整体或者局部由于受到拉压破坏，出现水平或垂直裂缝，这些裂缝在地应力作用下继续发育，严重时发生冒顶施事故。

（2）两帮收敛。巷道开挖后，巷道内侧若未有足够的支护强度满足地应力作用，则巷道两帮会发生塑性的剪切破坏，两帮围岩向内膨胀收敛，巷道对断面缩小，严重时导致巷道支护失稳[4]。

（3）低鼓。当巷道底板岩层软弱、单轴抗压强度较低或岩性为泥岩等遇水膨胀的岩层时都会发生不同程度的低鼓。深部矿井巷道受到的地应力较大[5]，巷道底板在由于受到巷道两帮的水平应力作用，当壁板岩层的抗压强度不能地矿来至于两帮的应力时，巷道底板就会出现较大的变形破坏。

2 深部矿井巷道变形监测

（1）巷道围岩及支护。山东某矿1201回风巷围岩泥质砂岩，采用锚杆+锚索+金属网的联合支护方式，锚杆直径为22mm，长度为2.8m，施加的预紧力为500KN，间距为0.9m*1m；锚索直径为22mm，长度为6.8m，间距为2m*2m；金属网的开孔尺寸为100mm*100mm。

（2）监测方案。巷道的主要监量测内容为巷道顶板及两帮的表面收敛及巷道周边围岩不同深度的变形。表面收敛用收敛计监测，深部位移用多点位移计。收敛计及多点位移计的安设如下图1～2所示。

（3）监测结果。经过一段时间的监测，取得了巷道表面及深部围岩的变形数据值，具体分析如下：

1）表面位移监测数据分析。在对巷道进行初期前，巷道周边岩层各截面的变形收敛数据均较大，增加速度较快，平均变形量达到了6mm/d，巷道表面发生明显的位移，部分金属网变形严重。主要是由于该区域内受到的地应力影响较大，且本身此段区域围岩裂隙较为发育，受到巷道开挖的影响，巷道周边应力从新分布，因此导致巷道变形量较大且产生新的裂隙。从数据可以看出，巷道掘进35d后，收敛的速度明显降低，并最终趋于稳定。表明开挖后，巷道的支护方式对保持巷道的稳定起了重要作用，同时也说明巷道周边岩层仍然是流变状态，需要进行持续的跟踪监测。监测数据如图3所示。

2）巷道围岩岩层移动监测数据。从监测数据可以，巷道顶板1～2.5m与2～4m之间的岩层之间的均值差了有将近13mm，说明巷道的开挖掘进使得周边岩层发生持续性的破坏，造成两个区域之间形成了较大的缝隙。4～6m之间的岩层监测数据表明，该区域范围内的岩层处于整体状态，未遭受塑性变形，处于弹性变形区域，监测数据如图4所示。

3 总结

深部矿井巷道由于受多重因素的综合影响，巷道周边收敛变形数据值较大，由于受到开挖的影响，巷道支护前期变形速度较大，且导致巷道周边深部岩层在一定范围内形成裂隙较为发育的破裂岩层。针对巷道开挖后围岩初期变形的特点，应综合考虑多种支护方式，发挥各种支护方式的作用，同时开挖后应立即进行支护，施加预应力，减少顶板离层及两帮变形。

参考文献：

[1]陳建宏，郑海力，刘振肖，杨瑞波.基于优势关系的粗糙集的巷道支护方案评价体系[J].中南大学学报（自然科学版），2011，42（06）：1698-1703.

[2]苏俊彦，李光荣，李明，唐强，兰川.极薄煤层综采技术的研究与应用[J].工矿自动化，2011，37（09）：89-92.

[3]康红普，王金华，林健.煤矿巷道支护技术的研究与应用[J].煤炭学报，2010，35（11）：1809-1814.

作者简介：王春森（1988-），男，本科，助理工程师，从事智能化综采技术研究。