大埋深高应力巷道掘进期间矿压显现规律与冲击地压防治

2020-01-17王伟强公维宽

煤矿现代化 2020年1期

王伟强，公维宽

（山东能源新矿集团能源协庄煤矿，山东新泰 271200）

0 引言

协庄煤矿已进入深部开采水平，由于开采深度增加，巷道掘进期间呈现明显的软化和弱化现象、围岩流变大变形趋势强烈，巷道矿压显现明显，井巷维护日趋突出困难，为此必须对大埋深高应力状态下的软岩巷道围岩变形规律进行研究，掌握支护与变形的作用关系及巷道的变形特点，采取有效地防治冲击地压措施，并有针对性的提出巷道的合理支护参数，为协庄煤矿大埋深条件下的高应力软岩巷道支护提供科学的依据。

1 巷道测点的布置及其观测方法

从巷道的起点开始进行表面的位移测量，测量巷道的垂直位移和巷道两帮的收缩量，并采用“交叉测量方法”。每条测试巷道至少放置一个试验段，试验段之间的距离应根据现场情况确定，距离可小一些，为5～10m。在难以维持周围岩石稳定性的现有深部区域，测试部分之间的距离为30～50m/个。在巷道掘进的早期阶段，测试频率是1次/天；14天后，变为每2天1次；稳定后，每周2次。

2 结果与讨论

2.1 矿压位移量观测与分析

图1为1#、2#和3#观测点位移量随时间天数的变化规律。可以看出，巷道两帮移近量较大，累计移近量在230mm左右，顶底板移近量中底臌量较大，底臌量在400mm左右，结合现场宏观矿压显现两帮肩窝处浆皮开裂、脱落严重。巷道两帮移近量相对较小，累计移近量在190mm左右，顶底板移近量中底臌量较大，底臌量在220mm左右，结合现场宏观矿压显现两帮肩窝处有浆皮脱落现象，说明此处受力较。巷道初期变形较大，由于采用跟迎头一次性支护，巷道开掘压力无法释放，导致浆皮大面积开裂塌落，煤炮声频繁，两帮及顶底板位移量较大。

图1 1#、2#和3#观测点位移量随时间天数的变化规律

2.2 巷道和围岩变形规律分析

图2 为巷道围岩变形量与支护强度的P-u关系曲线。由P-u关系曲线可以看出，随支护强度的提高，巷道围岩变形量显著降低。其中围岩应力和围岩强度是决定P-u关系曲线变化的主要因素，在一定的围岩应力条件下，围岩愈坚硬，支护强度对控制围岩变形的作用愈小。围岩愈松软，支护强度对控制围岩变形的作用愈大。由此可见，支护强度的大小对软岩巷道的围岩变形产生十分重要的影响。因此，在我矿深部特大埋深条件下，高应力软岩巷道提高支护强度将有利于控制巷道围岩变形。

图2 巷道围岩变形量与支护强度的P-u关系曲线

图3 巷道围岩变形量与支护时间的U-t关系曲线

图3 为巷道围岩变形量与支护时间的U-t关系曲线。由U-t关系曲线可以看出，巷道开挖后，变形逐渐增加。根据变形速度，可分为3个阶段。首先是减速变形阶段，其次是是线性恒速变形阶段，最后是加速变形阶段。当围岩进入加速变形阶段时，岩石本身的结构重新平衡，出现新的裂缝，使得强度显著降低。

因此二次支护最佳支护时间应选择在围岩恒速变形阶段。

综上所述，巷道最初的变形可以由巷道两帮的变形引起的。也就是说，两帮首先变形，然后顶底板的距离越来越近。因此，加强对两帮的支护是非常重要的。两帮变形特征：①帮部拱肩处受力较大，浆皮开裂较严重。②两帮收敛变形190－230mm，超过支护的允许位移时，承载能力显着降低。顶板下沉量在28－40mm。底板变形：底臌量大，在220－400mm。

2.3 掘进影响期、掘后稳定期巷道变化规律

掘进影响期：即在掘进开始时，围岩在挖掘巷道后失去支撑，松动并产生裂缝，导致岩层移动，裂缝变深，矿压变得明显，作用时间减少，巷道变形相对较大。当巷道掘进20～30m以后，距迎头60～80m，顶板是趋于稳定的。

掘后稳定期：顶板趋于稳定后，围岩的变形量显著降低，由于深部高应力作用，围岩以微小的速度不断产生蠕变，巷道持续变形，稳定性差。

喷锚喷、锚网喷，喷锚网喷、锚喷与高强锚杆一次性支护三段支护中，喷锚网喷、锚喷段支护效果相对较好，高强锚杆一次性支护从开掘初期巷道变形就异常强烈，浆皮开裂较多。

三段支护均在拱肩处呈现出锚杆受力大，浆皮也是从拱肩处开始开裂的规律，因此必须加强对拱肩处的支护强度。

3 冲击地压防治措施

根据矿压观测结果综合评价喷锚喷、锚网喷，喷锚网喷、锚喷与高强锚杆一次性支护，三种支护方式各自适应不同的围岩条件，在围岩相对稳定条件下，喷锚网喷、锚喷支护效果较好，在松散软弱围岩条件下，高强锚杆一次性支护更具优越性。

建议在深部高应力软岩巷道中，半圆拱形断面拱肩是关键部位，也极易破坏，因此要确保拱肩处成型园滑，浆体厚度均匀规整，锚杆支护质量合格，同时在施工过程中，还应注意以下几点：

1）切实搞好光爆。

2）锚杆的安装。锚杆是为了增强围岩的完整性，在层状岩石中，锚杆应垂直于层理面并且不平行于层理面。对于层理面巷道，锚杆应垂直于巷道的轮廓线。另外，不同的锚固的工艺和技术要求是不同的，应根据要求进行操作，以确保锚杆与岩层的连接质量。

3）二次支护的时间。二次支撑时间和初始支撑时间必须达到一定的极限时间，否则周围的岩石压力不会完全释放，使得支撑压力过大。但是，如果时间间距太长，周围的岩石可能会受到过度损坏，处于早期阶段。支撑体的过度变形不利于整个锚固喷射支撑。根据矿压观察的结果，巷道变形一般在开掘后几天至十天内趋于稳定状态，每条巷道必须根据具体情况进行变形监测以确定最佳的二次支护时机。