煤矿深层地质构造区巷道围岩控制技术初探①
中图分类号：TD353.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0099-02
煤炭开采是一个由浅到深的施工过程，随着近年来煤炭开采深度的逐渐增加和开采强度的不断增大，许多矿区、矿井均进入了超千米开采阶段。矿区和矿井进入超千米开采阶段后，深层地质构造区的巷道围岩的力学性质会出现明显的变化，由于受到高地应力的作用，煤岩体的性质会由脆性转为粘性，使得巷道围岩出现了严重的变形，以及显著的空间效应、强烈的底鼓和两帮非对称性破坏等现象，再加上相关地质构造材料的缺乏，在煤矿深部开采到地质破碎地带时，很容易出现冒顶、围岩垮塌等现象，对巷道掘进等施工作业造成阻碍和安全性影响。该文首先对煤矿深层地质构造区巷道围岩的变性特征进行了分析，并以此为依据总结了围岩控制技术的原理，提出了有利于确保巷道围岩稳定和煤矿开采安全性的巷道围岩控制技术，以求探索到煤矿深层地质构造区巷道围岩变形的规律，为煤矿深层巷道围岩的控制提供具有参考价值的依据。
1 煤矿深层地质构造区巷道围岩的特征
巷道围岩的特征主要是指其地质特征金额力学特征。
1.1 巷道围岩的地质特征
当下，我国的煤炭开采矿区集中位于中东部地区，开采深度最深的矿井可达到一千四百多米，分析我国煤矿深层地质构造区巷道围岩的岩性可以发现，深井巷道围岩的地质构造特征主要有以下几点：第一是单斜构造较多，地层倾角较大；第二围岩埋深较大，受到的地应力较高；第三是穿层巷道居多，且较大的巷道大多分布于岩体中，围岩的变形和破坏特征大多相似；第四是煤层顶板岩石的性质多为砂岩、粉砂岩和石灰岩，岩石层理分布且节理裂隙明显，岩石的强度也较高。
1.2 巷道围岩的力学特征
为方便巷道围岩的维护和检修，煤矿深层地质构造区的大多数集中大巷都分布于主采煤层的顶板或者底板的岩层里，故而巷道围岩主要是砂岩和粉砂岩，只有局部为石灰岩，整个岩体的强度都较大。巷道围岩的结构特征如图1所示，例如，我国较大的煤矿之一华丰煤矿，它位于新汶矿区，其巷道穿层之上是厚度为10m的中粒砂岩，下部为厚度为8.7m的粉砂岩，粉砂岩夹层为1.2m的石灰岩，它的回风大巷布置于煤层顶板倾角为32°的岩层中。
2 巷道围岩变形控制的原则
对煤矿深层地质构造区巷道围岩的控制需要根据巷道围岩的特征分析令其发生形变的因素，采取有针对性的措施，选择合理的工艺方法，以确保对巷道围岩稳定性和受力控制的有效性。
2.1 巷道围岩控制的基本原则和要求
巷道围岩控制技术的基本原则主要包括三点，首先，控制要采取具有针对性的措施，这就要求对导致巷道围岩变形的因素进行透彻的分析和了解，包括岩体的地质结构特征、力学特征以及地下水等因素，还要结合矿区的实际情况和现场环境进行认真的分析，在采取相应的措施；其次，要采用多种控制技术相结合，以提高实际的控制效果，由于导致巷道围岩形变的因素是多种多样的，因此控制技术也应是多样的，还应该在对围岩的形变研究中对控制技术进行改进，通过加固岩体，控制岩层形变，调整岩层的受力状态，从而更好的控制巷道围岩的稳定性；其三，在对巷道围岩进行控制过程中要实时监测围岩的形变情况，对控制技术的应用效果进行观察，不断完善控制方案，以确保控制技术的应用效果和安全性。
2.2 分析巷道围岩的变形破坏数值
在对导致巷道围岩形变影响因素进行分析后要对其变形破坏数值进行分析，研究巷道的空间关系，一般采用的方式是数值分析法，通过计算来分析开挖后巷道在没有受到支持的状态下的形变破坏特征。在计算时，数据的获得是通过在巷道表面以上0.1m的位置出设置监测点，监测点分布为在巷道中轴线对称设置6、14点，左侧为1～5点，右侧为4～11点，底部为12～16点，详细分布示意图如图2所示。然后根据不同监测点围岩的位移情况来确定巷道围岩变性破坏的空间规律以及巷道围岩的水平位移和竖直位移的关系，进一步了解巷道围岩的特征。
2.3 控制巷道围岩的稳定状况的受力状态
为保证巷道围岩合理的受力状态和较高的稳定性，首先在采取控制措施时要选择合适的工程巷道方向，在矿区应力场中主要包括两种应力场，即原始应力场和二次应力场，前者是矿区应力在地质的历史变迁中变化而形成的，后者是煤矿开采过程中产生的应力场。矿区应力场会对对巷道的布置产生影响，因此在设计工程巷道时要选择合适的方向。在实际操作和应用中发现，矿井巷道工程的长轴方向和构造线的走向呈垂直状态可以在很大程度上提高巷道围岩的稳定性，而且能够有效地避免巷道工程中、岩层节理方向和岩层片理方向等之间或自身内部形成锐角相交，减少应力过于密集，同时巷道工程的走向要避开向斜构造和斜背的不利影响，不要将巷道的位置定位在轴部。其次，要判断巷道断面的大小和形状，根据不同巷道断面对巷道的影响与矿山的实际情况，以及生产运输和采矿操作的要求来选择巷道工程，已尽可能的避免施工不当而造成的巷道截面的扩大或者变形。
3 煤矿深层地址构造区巷道围岩的控制技术
根据以上对煤矿深层地质构造区巷道围岩的性质、地质特征、力学特征等的分析以及巷道围岩控制的原则和控制过程中的注意事项、相关参数等资料可知，对煤矿深层地质构造区巷道围岩的控制技术主要包括以下几点措施。 3.1 尽量避免巷道围岩处于潮湿的环境中
煤矿深层地质构造区巷道围岩的表面构造主体是如凝灰岩等软弱岩体，在潮湿情况下或者是有水的情况下都会使其强度大幅度降低，故而应尽量避免巷道围岩受到水合潮湿的影响，对巷道围岩表面需要暴露的地方要及时的采用喷浆封闭，以确保围岩的干燥性，保证巷道围岩的强度，这对控制巷道围岩的稳定性也是十分重要的。
3.2 采取合理的巷道支护措施
对巷道进行合理的支护主要是指在巷道内埋设合理的收敛计和对电位移测桩，对巷道围岩的下盘运输通道和上盘回风巷等各个部位的形变进行实时监测，通过比对巷道围岩变形情况和时间之间的变化情况，了解巷道围岩变形的规律，并以此为依据进行技术决策，采取相应的技术保障措施。实践研究表明，对巷道围岩采取支护措施能够有效的保障围岩的稳定性，而亦刚亦柔的支护措施能够更好的适应巷道围岩所受应力情况的变化，更好的起到保证巷道围岩稳定的作用。
3.3 对巷道围岩采取加固技术
对于巷道围岩的软弱岩层的控制主要是采取加固措施，包括喷、锚、网等加固方法。对于不同性质的巷道围岩要采取不同的加固措施，其中特殊工程结构围岩的加固要采取多种加固措施联合使用的方式，一般需要联合使用三种或者三种以上的加固方法，以确保巷道围岩的稳定性。巷道围岩加固技术主同样需要遵循一定的原则和要求，首先，要根据成型要求选择合理的支护方式，合适的支护材料，在加固施工过程中要对加固材料进行及时的养护，同时也要事先做好巷道的设计；其次，在施工过程中，因为要用到注浆锚杆，因此要确保安装孔和结构面的方向和对应的正确性，在进行喷网支护的过程中要将围岩壁和网筋最大程度的贴合，在确保两次素喷的时效性后再根据巷道围岩的变形情况对巷道围岩进行再次喷浆；最后，在加固过程中要严把质量关，确保施工人员的专业性，在加固过程中不断改进工艺，并对加固过程进行长期实时监控，确保加固技术满足技术要求，能够有效的保障围岩的稳定性。
4 结语
综上所述，煤矿深层地质构造区巷道围岩一但出现形变，必然会影响施工效率和煤矿作业的安全，增加施工成本的重要因素，甚至影响施工的顺利进行。对煤矿深层地质构造区巷道围岩采用适当的控制技术有助于加强巷道围岩的稳定性，减少危险性事件的发生。煤矿深层地质构造区巷道围岩控制技术是一种安全、有效、可靠、环保的技术，其在巷道围岩控制中的应用在保障煤矿施工和作业的安全以及保护人民的生民财产安全等方面起着关键性作用，巷道围岩的主要控制技术有围岩变形基本保障原则、围岩受力控制、围岩变形控制、围岩支护技术等，在控制技术的施工中也需要相关人员根据具体工程情况和矿区的实际地质情况，选用正确合理的控制技术，从而有效的解决煤矿开采矿井巷道围岩的控制难题，降低煤矿作业中危险的发生率，保障工程的顺利进行。总而言之，煤矿深层地质构造区巷道围岩的控制技术能够有效的确保煤矿作业的安全性和深井巷道围岩的稳定性，其应用对于煤炭开采行业的发展有着重要的现实意义。
