徐運(yùn)利

摘 要：正是由于我國(guó)煤炭資源需求量保持旺盛勢(shì)頭，煤炭開采由淺入深的同時(shí)增加了開采難度，巷道變形甚至坍塌形象頻發(fā)?；谀芰科胶饫碚撗芯?，對(duì)煤炭深層軟巖巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析，有利于解決煤炭深層巷道變形問(wèn)題的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：深部軟巖；巷道支護(hù)技術(shù)

1 引言

隨著煤炭資源作為主要能源地位的不變，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)煤炭的需求量會(huì)保持不變。但是我國(guó)現(xiàn)有煤炭開采的實(shí)際情況是，淺層煤炭資源已經(jīng)被開采殆盡，煤炭開采面由淺入深，開采技術(shù)難度越來(lái)越大，安全生產(chǎn)系數(shù)越來(lái)越小。厚煤層開采導(dǎo)致巷道周邊巖體的應(yīng)力明顯增強(qiáng)，進(jìn)而出現(xiàn)巷道的變形的情況。巷道的變形為礦井安全生產(chǎn)埋下隱患。所以要求我們必須加深對(duì)深部開采技術(shù)的的研究。

2 深部軟巖的概念

軟巖的定義自然地質(zhì)軟巖工程地質(zhì)特征，指出了軟巖工程環(huán)境和變形特征的定義，基本特征是寬松的，分散的，柔軟和脆弱的四個(gè)字，它是相對(duì)于巖石堅(jiān)硬，致密，簡(jiǎn)單的支持。軟層通常是指附著力差，強(qiáng)度低，容易風(fēng)化，有時(shí)水膨脹，巖石的穩(wěn)定性差的能力。它分為兩類：軟巖和軟巖。地質(zhì)軟巖是指一些巖石松散，打破，柔軟，和其他特征的擴(kuò)張，低強(qiáng)度的特定性能，孔隙度高，膠結(jié)程度低，受構(gòu)造影響表面和風(fēng)化，包含大量的膨脹性粘土，這種巖石泥巖、頁(yè)巖、千枚巖、單軸抗壓強(qiáng)度小于。工程軟巖顯示明顯的流變和塑性變形，并且軟的特點(diǎn)，弱，寬松，寬松，低強(qiáng)度，承受負(fù)載的能力很低。由于深部開采揭示高應(yīng)力、高溫度，在巖石和地下水侵蝕，這樣環(huán)境才不會(huì)發(fā)生在淺層硬搖滾明顯塑性變形到工程軟巖地下工程變得極其不穩(wěn)定。目前，軟巖的確切定義在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界尚未形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)。如何準(zhǔn)確地確定圍巖的類型對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)的選擇非常重要。因此，沒有明確依據(jù)軟巖工程、空間位置和環(huán)境條件的變化，軟巖工程可能意想不到的巨大的變化。軟巖石巷道的開挖后圍巖的變形，圍巖變形和長(zhǎng)期的大變形，圍巖的整體穩(wěn)定性差，難以維護(hù)和支持費(fèi)用高，軟巖石巷道支架和維護(hù)的問(wèn)題越來(lái)越突出，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。軟巖石的類別分為高應(yīng)力軟巖、膨脹軟巖，裂隙軟巖和復(fù)合軟巖。

3 深部高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)研究現(xiàn)狀

目前，深部開采過(guò)程中的巖石力學(xué)問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)問(wèn)題，迫切需要應(yīng)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究國(guó)內(nèi)外巖石力學(xué)和采礦工程也是一個(gè)缺乏科學(xué)分類的基礎(chǔ)上，“深度”和“深工程”。開采深度達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)有一些線性工程巖體物理力學(xué)現(xiàn)象，以及工程的定義是“深工程”?！吧睢钡亩x被定義為項(xiàng)目的深度，但在實(shí)際的項(xiàng)目中，需要分析巖體的特點(diǎn)。因?yàn)樵诘V山生產(chǎn)中，深和淺，困難和容易沒有絕對(duì)明確的分工，可能我的一些深度已達(dá)到深，而是來(lái)自圍巖的特點(diǎn)并沒有發(fā)生在深部開采應(yīng)該出現(xiàn)的復(fù)雜機(jī)械現(xiàn)象；但我有一些屬于淺深度，但巷道圍巖變形嚴(yán)重，深后圍巖大變形和流變特征。圍巖的變形和破壞機(jī)理，從兩個(gè)方面探討了高應(yīng)力軟巖，巖體的強(qiáng)度變化和圍壓的狀況。有幾乎普遍在中國(guó)煤炭軸承軟巖地層，特別是在大規(guī)模地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。有必要引起高地應(yīng)力在深礦井，這對(duì)隧道開挖和維護(hù)帶來(lái)很大的困難。因此，在軟巖的通過(guò)了解巷道和支持理論和方法深入研究的基礎(chǔ)上，采取合理、有效的技術(shù)支持與錨網(wǎng)和錨系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的支護(hù)參數(shù)，以減少巖石破裂行為，維護(hù)深埋巷道圍巖的穩(wěn)定?；诘貞?yīng)力的研究領(lǐng)域和深層巖石巷道的支持，支持方法的高滲透壓力的影響，高地應(yīng)力和穩(wěn)定的溫度梯度煤礦深部巖石巷道的圍巖穩(wěn)定性提出了劉全生等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析，發(fā)現(xiàn)使用的方向布+錨和圍巖潛在的滑動(dòng)面，和最初的超高強(qiáng)度螺栓錨，然后采取注漿加固，能量釋放和其他輔助措施更有效控制圍巖的穩(wěn)定性。Chunlai，研究金屬礦業(yè)的影響在地上，和深部開采巷道支持材料及其應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步探討和分析一系列的鋼纖維混凝土的物理和力學(xué)性能，并結(jié)合損傷理論推導(dǎo)演化方程，建立結(jié)構(gòu)模型，最終實(shí)現(xiàn)了良好的效果在兩個(gè)理論計(jì)算和測(cè)試數(shù)據(jù)。Jiachen，非常軟煤層巷道的機(jī)制及其預(yù)防和控制進(jìn)行了研究，并有效的方法防止等電影兩個(gè)方面：一是增加煤炭的剪切強(qiáng)度的身體；二是降低煤壁的壓力。幾項(xiàng)措施可以采取上述兩種方式的礦業(yè)煤層放頂煤開采過(guò)程，合理的注水等。

4 能量平衡理論應(yīng)用于厚煤層軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

基于能量守恒原則，能量支護(hù)理論被提出，其主張運(yùn)用到煤層巷道中的實(shí)踐就是：對(duì)巖體的開采總是伴隨著能量的輸入、聚集、輸出過(guò)程，巖石地下工程的支護(hù)也要隨著變化，才能使能量處于動(dòng)態(tài)平衡。在煤層巷道內(nèi)利用支架等支護(hù)設(shè)備對(duì)圍巖能量進(jìn)行釋放，最終完成能量守恒。這就解決了當(dāng)工程開挖作業(yè)時(shí)，能量一旦出現(xiàn)失衡狀態(tài)，厚煤層軟巖層及其圍巖就會(huì)出現(xiàn)巷道變形情況。能量平衡理論要求在煤層巷道內(nèi)部，調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)、二次支護(hù)和優(yōu)化弱面支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)改善深部高地應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)狀況。

4.1 調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)設(shè)計(jì)的調(diào)整主要是滿足煤層巷道與巖體受力的平衡。周圍巖石處于與人為因素?zé)o關(guān)的應(yīng)力場(chǎng)，開挖以后，巷道周圍巖石則近似處于二向應(yīng)力狀態(tài)。支護(hù)物承擔(dān)巖石所積聚的能量釋放，其沿著支護(hù)方向傳輸應(yīng)力，從而達(dá)到能量的傳遞和平衡，較好的完成支護(hù)任務(wù)。

4.2 調(diào)節(jié)支護(hù)結(jié)構(gòu)

巷道支護(hù)剛度小，其支護(hù)受力也相對(duì)減小，巷道周邊徑向位移的情況就會(huì)嚴(yán)重，加之巖體層越軟，圍巖特性曲線越向外移動(dòng)，巷道變形就越嚴(yán)重。在變形過(guò)程中，總的能量沒有變化，圍巖釋放一些能量，支護(hù)就吸收一些能量。改變支護(hù)結(jié)構(gòu)，支架能自動(dòng)調(diào)整圍巖釋放能量。雖然市面上可塑性支架都具有調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的功能。但是錨噴支護(hù)是柔性和可塑性最好的一種支護(hù)設(shè)備，能夠更好地自動(dòng)調(diào)整圍巖釋放能量。

4.3 二次支護(hù)

由于巷道內(nèi)的應(yīng)力釋放時(shí)間較長(zhǎng)，往往在第一次支護(hù)結(jié)束后，因?yàn)閹r體的彈塑性。加之有可能遇到斷層、破碎帶等特殊地質(zhì)變化帶，出現(xiàn)特別松軟的煤層和巷道淋水等情況，巷道可能還會(huì)發(fā)生變形，這決定第一次支護(hù)效果往往是不理想的。厚煤層巷道極易出現(xiàn)頂板破碎和下沉的情況。巷道在開挖后受到應(yīng)力作用下所積聚的能量將釋放，作用在巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)上。當(dāng)進(jìn)行二次支護(hù)和二次支護(hù)以后，巖體就會(huì)表現(xiàn)出明顯的流變性。施工人員必須對(duì)巷道進(jìn)行二次支護(hù)，其目的就是使圍巖由蠕變狀態(tài)發(fā)展為穩(wěn)定狀態(tài)。二次支護(hù)需要在錨固區(qū)邊界處提供的徑向穩(wěn)定應(yīng)力大于或等于非錨固區(qū)在錨固區(qū)邊界處所需的徑向應(yīng)力，這需要很大強(qiáng)度的工程。只有這樣才能滿足厚煤層巷道長(zhǎng)期使用的要求。

4.4 選擇優(yōu)化支護(hù)系統(tǒng)

在選擇優(yōu)化支護(hù)系統(tǒng)時(shí)，我們先比較三種錨桿支護(hù)能力。從《三種錨桿支護(hù)巷道表現(xiàn)位移統(tǒng)計(jì)表》中觀察可知：三種支護(hù)形式對(duì)巷道頂板和兩幫的支護(hù)效果差別大。強(qiáng)力錨桿和錨索支護(hù)段的頂?shù)装逡平?、頂板下沉量小，其兩幫移近量也比較小，強(qiáng)力錨桿很好地控制了巷道圍巖變形，具有顯著的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際操作用中，全螺紋鋼錨桿支護(hù)段錨桿受力變化最為顯著，安裝受力較小，安裝后達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)甚至出現(xiàn)斷裂情況。而高預(yù)緊力錨桿的強(qiáng)度和剛度較大，高預(yù)緊力有效控制了煤層巷道頂板的離層和兩幫位移，滿足對(duì)巷道安全支護(hù)，避免巷道發(fā)生大的變形和塌陷。

5 結(jié)語(yǔ)

在分析我國(guó)煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀后，可以看出我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入深水區(qū)。由于開采深度不斷加深導(dǎo)致在煤炭開采中出現(xiàn)巷道變形和塌陷的現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響地下作業(yè)的安全?；谀芰科胶饫碚摰纳畈寇泿r巷道支護(hù)技術(shù)為我們更好的解決深層煤炭作業(yè)中出現(xiàn)的安全事故問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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