浅析矿井巷道围岩加固支护技术

浅析矿井巷道围岩加固支护技术

周李

青龙寺煤矿陕西榆林718000

摘要：煤炭仍在中国能源结构中占据主要地位，我国经济正处于稳定增长期，在煤炭经历了几年低谷之后，随着政策调控及化工、建筑等行业形势逐渐转好，煤炭用量逐步上升。矿井巷道支护是煤矿生产中必不可少的环节，对煤矿长久稳定发展影响举足轻重。矿井巷道开采后围岩应力释放，巷道出现不同程度变形，影响煤矿安全生产。基于此，为了有效控制巷道围岩变形，加大对矿井巷道围岩加固支护技术的研究就至关重要。

关键词：矿井巷道；围岩加固；支护技术；控制；研究

引言：矿井巷道作为整个煤矿开采过程中的主要生产脉络之一，它的完好度以及通畅度将在很大程度上改善着井下的作业环境以及劳动条件。与此同时，确保矿井巷道的安全稳定，还会有效降低发生巷道顶板事故的几率，对于井下作业人员的人身安全有着不可替代的作用。目前，针对矿井巷道围岩的控制问题，相关企业或部门已经提出并运用了很多有效的新技术、新工艺以及新设备，来加强对矿井巷道围岩的维护，并取得了初步成效。所以，为进一步改善矿井巷道围岩的维护状况，除了要加强对矿井巷道的科学管理，分析研究矿井巷道围岩加固支护技术就显得尤为重要。

一、导致矿井巷道围岩变形的主要因素

在煤矿资源的开采过程中，矿井巷道围岩的稳定性会受到多方因素影响，具体如下：第一，巷道围岩自身的性质。巷道围岩的性质主要包含岩石以及岩体两方面。其中，岩石性质对于巷道整体的稳定性会产生一定影响，比如巷道围岩的岩性、强度、吸水性、密度以及透水性等。而岩体性质则更多地指代构成岩体的矿物质，简单来说，岩体作为非均质性的非连续体，它的裂隙、节理以及层理等都对整个巷道的安全稳定起着关键作用。比如青龙寺煤矿5-20101工作面顺槽煤层中部有一层大约10cm厚的灰质泥岩，遇水即变软，巷道开挖后，泥岩吸水膨胀，导致泥岩上部和下部煤层出现不同程度片帮；5-20101工作面顺槽顶板岩性为直接顶，节理、裂隙发育，巷道开挖后容易出现顶板冒落现象，影响巷道掘进和后期回采。由此可见，矿井巷道的稳定性与岩体的结构密不可分。第二，巷道布置。所谓的巷道布置，主要指的是巷道与回采工作面在时间以及空间上的关系。如这二者处于平行状态时，由于中间的隔岩柱较小，就会让巷道的稳定性变差。所以，在布置巷道时，尽量避免与岩层断层平行，或者沿着岩层背斜顶部及斜底部进行巷道布置。采取垂直于断层带及背斜或者向斜布置巷道为宜。第三，支护材料。巷道围岩的加固效果是否达到预期，与所选支护材料的质量以及性能有着不可忽视的联系。比如说，支护材料的强度、延展性以及加工精度等方面的性能都会影响到最终的巷道加固支护效果。第四，巷道的尺寸以及断面形状。通过长期的研究实践表明，当巷道的断面形状越接近于圆形，则整个巷道的稳定性就越强，这是由于拱形巷道对部分围岩的应力状态进行了适当调整。另外，巷道的开挖面积也就是尺寸越大，则整个矿井巷道的稳定性以及安全性就会越差。第五，地下水的影响。在得知矿井巷道工程地质相关资料的前提下，实地调查矿井巷道围岩的实际情况。并得出以下结论，侏罗系含水层中的孔隙水在很大程度上影响了矿井巷道的支撑结构。其中，矿井巷道围岩主要由泥质胶结构成，该种泥质胶结一旦遇水，泥化现象非常严重。另外，巷道围岩迎头的地下含水量非常高，泥化现象更为严重，增加了巷道支护难度，支护强度下降，围岩变形几率增大。而在巷道的底板处，底板水所造成的泥化破坏更为严重，容易造成底板支护失衡，加剧底角内挤。因此，地下水对矿井巷道围岩来讲，不仅会使已出现泥化现象的围岩加剧，同时还会软化大块度的岩体，迫使矿井巷道围岩的岩体强度、承载力下降，使得巷道围岩的岩块更加脆弱，加快了围岩裂隙的形成速度，对巷道支护结构来讲是一项亟待解决的影响因素。

二、矿井巷道围岩加固支护技术

目前，在煤矿资源开采过程中，对矿井巷道围岩的有效控制技术按照原理可以细分为以下几大类：第一，应力控制法。主要使用过改善巷道围岩的应力状态，使其处于应力降低区的一种方式，包括人工泄压法以及巷道布置优化等措施；第二，加固技术。就是指通过在煤岩体内部灌注浆液、支护锚杆、锚索及网片，来起到加固作用的方式。所以，锚杆支护也可以被称作为锚杆加固或者锚杆加固与支护；第三，支护法。是指作用于巷道表面的一种支护方式，包括架棚、喷砼以及砌碹支护等。

经过长期实践总结可以了解到，我国目前对于矿井巷道围岩的加固支护技术主要包含以下几类：

1、注浆加固技术

针对一些松软破碎的煤岩体中开掘的巷道，由于其围岩破碎范围大且自稳时间短，采取注浆加固法是强化巷道围岩稳定性的一种有效途径。具体来说，注浆加固法主要是通过在围岩内的裂隙中注入浆液，来使破碎煤岩体有效固结而形成一个整体，进而达到强化围岩整体强度以及增加其自身承载力的目的。

现如今，我国矿井巷道围岩主要使用的注浆材料可以细分为以下几类：第一，高分子材料，包括脲醛树脂以及聚氨酯等，但目前高分子材料制造成本较高，市场价格较为昂贵，长期大量使用会增加开采成本，降低经济效益；第二，水泥基材料。水泥基材料制作成本低，市场价格低廉，且实践应用效果显著，是目前应用最为广泛的材料之一。另外，针对上述两种材料的缺陷，还开发出了很多复合型材料，不仅注浆材料的性能较过去有了很大提高，同时相应的材料成本也得到了有效降低。相关企业或部门在采取注浆加固法时，具体选用哪种注浆材料，要视矿井巷道的生产条件以及工程地质条件而定。

2、预应力锚固技术

在一些开采深度较大的矿井巷道，为保证其围岩的完整性以及有效控制围岩的扩容变形，可以采取预应力锚固技术予以应对。具体来说，根据巷道支护悬吊作用、挤压加固作用、组合梁作用和减小跨度作用原理，在巷道采用预应力锚杆以及锚索支护技术，不仅可以使支护系统的初始强度以及刚度得到大幅度提升，同时在形成高支护应力场的基础上，有效降低采动应力场梯度。除此之外，为了能有效应对以及控制巷道围岩的较大连续变形，支护系统应该具有较强的延伸性，使整条巷道就算发生变形仍处于可控范围内，进而确保煤矿资源开采的安全有序。其中，选择哪种锚杆支护形式取决于巷道的实际条件：第一，对于那些条件较为困难的巷道，比如无煤柱护巷、煤顶巷道、大断面巷道以及高应力巷道等，可以采取预应力锚杆与锚索支护进行有效处理；第二，对于那些围岩较为完整且围岩应力较小的巷道，比如岩石顶板煤巷以及岩石巷道等，可以采取顶板锚杆与锚索支护，两帮喷砼支护，底板砼支护；第三，对于那些条件十分困难的巷道，比如深部高应力巷道以及强烈动压巷道等，应在顶板、两帮乃至底板处都应该采取预应力锚杆与锚索支护进行加固，且对顶帮进行喷砼处理，以此来保证生产过程的安全有序。

三、结语

综上所述，在煤矿资源的开采过程中，矿井巷道围岩的稳定性将直接决定整个开采过程中安全性以及作业效率。随着煤炭科技逐渐进步，矿井巷道支护在建设现代化安全高效矿井得到广泛重视和认同。矿井巷道围岩加固支护技术安全可靠、实用性强，对于我国重组整合矿井所面临的普遍难题具有宝贵的借鉴经验，具有广阔的应用前景。所以，为了进一步提高矿井巷道围岩的完整性以及稳定性，采取巷道围岩加固支护技术就势在必行。相关企业或部门应该就当前的加固支护技术进行深入研究，结合矿井巷道围岩的实际情况，对巷道围岩的加固控制方案进行科学合理的设计，从而确保整个煤矿生产的有序进行。

参考文献

[1]赵建峰,王卫军,彭文庆等.采动条件下孤岛工作面回采巷道围岩变形特征及其支护技术[J].矿业工程研究,2016,31(2):15-20.

[2]李承军,杨永刚,张卫国等.高应力区巷道围岩加固与压力转移支护技术研究与实践[J].能源技术与管理,2013,38(5):54-56.

[3]江东辉,李强,程刘见等.泉店煤矿高应力软岩巷道围岩二次加固支护技术[J].能源技术与管理,2013,38(3):68-70.

[4]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护困岩强度强化机理研究[J].岩石力学与工程学报,2010.19(3):56-60.