某矿东一皮带软岩巷道变形规律

2018-11-20臧文涛

现代矿业 2018年10期

臧文涛

(1.太原理工大学矿业工程学院；2.大同煤矿集团机电装备力泰有限责任公司)

1 工程概况

某矿三水平东一皮带通路探巷围岩岩性以粉砂岩为主，局部赋存粗砾状白色砂岩，巷道埋深较大，围岩应力大，煤岩层裂隙、滑面发育，单轴抗压强度较低，为不稳定软岩，巷道类别接近一般不稳定IV类与不稳定V类之间。围岩成分中含有遇水易软化成泥的粗砾状白色砂岩，黏土矿物含量高，使得围岩强度低，承载能力差，见风遇水后极易变软膨胀，流变特性显著，导致巷道开挖后变形破坏严重，支护极为困难。以上因素导致该巷道围岩抗压强度降低，整体稳定性变差，在现有单一U型钢支护体系下，巷道变形和破坏现象较为严重。该矿U型钢破坏形式主要为整体收缩和局部弯曲断裂[1-3]。

2 围岩变形破坏规律

2.1 表面位移变形规律

本研究在三水平东一皮带通路探巷距离掘进迎头不同距离位置设置了3个测区(图1)[4]。由各测区巷道顶底板移近量、两帮移近量以及棚腿移近量生成曲线观测结果可知：测区一巷道顶底板及两帮的变形量最大，分别为627 mm、418 mm，巷道开挖后变形速率增加较快，最后呈缓慢变形趋势，且巷道变形速率明显大于测区二和测区三，说明巷道受掘进施工影响显著，围岩整体变形破坏严重，此时巷道支护应侧重提高巷道围岩的整体承载能力；测区二巷道顶底板及两帮的变形量较测区一小，分别为326 mm、265 mm，顶底板及两帮移近量均随时间缓慢增加，由于距离掘进迎头约60 m，巷道受到掘进施工的影响较小，因此测区二巷道两帮移近量变化速率较测区一小，巷道变形破坏程度较低；测区三巷道围岩移近量最小，约为235 mm、161 mm，在整个变形破坏过程中，顶底板及两帮移近量总体呈增加趋势，但移近量变化速率较小，该测区距离掘进迎头最远，不受掘进施工的影响，但受到围岩本身软岩特性的影响，巷道仍然处于缓慢流变破坏过程中[5]。

图1 测区布置示意

各测区围岩变形量和平均移近速率统计结果见表1。由表1可知：

表1 各测区表面位移监测结果

(1)距离掘进迎头越近，巷道变形量越大，其中测区一巷道顶底板最大移近量达627 mm，移近速率不断增大，最大值达60 mm/d。

(2)距离掘进迎头较远的测区三巷道变形量和变形速率均小于测区一，说明测区三不受掘进施工的影响，巷道处于自身流变变形破坏过程中，变形量较小且破坏缓慢。

(3)测区三设置时间滞后于该位置的巷道掘进时间，记录的巷道变形破坏量仅为监测时间段内的数值，巷道从开始掘进到布置监测点的时间范围内的变形量尚未记录[6]，因此根据测区一距离掘进迎头最近、测区二次之、测区三距离掘进迎头最远的特点推测可知，测区三从巷道刚掘进开始至监测结束，巷道顶底板变形量大于1 188 mm(包括测区一变形量627 mm、测区二变形量326 mm及测区三变形量235 mm)。巷道从开挖到距离掘进迎头180 m范围内的变形量达到了1 188 mm左右，若不及时采用合理的加强支护方案，该软岩巷道1～2个月后变形破坏严重，将导致返修、套修，严重影响了巷道正常使用[7-8]。

综合分析测区一、二、三巷道围岩的变形破坏规律可知，巷道变形持续时间长，在监测期(4个月)内，巷道一直处于变形破坏过程中，可将该软岩围岩变形阶段分为急剧变形阶段、耦合变形阶段、缓慢流变阶段，对应于测区一、二、三(图2)。急剧变形阶段巷道围岩主要受掘进施工扰动影响，顶底板及两帮变形量快速增加，变形速率较大；耦合变形阶段巷道围岩受掘进施工的影响减弱，顶底板及两帮变形量及变形速率均有所降低；缓慢流变阶段巷道围岩不受施工扰动影响，只因围岩自身流变产生了少量变形[9-11]。