沿空留巷巷道围岩变形破坏特征分析与影响因素研究_李亚运.pdf

2020年第10期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-11-20修回日期 2019-11-21 作者简介 李亚运 （1990-） ， 男 （汉族） ， 河南济源人， 助理工程师， 现从事采煤技术工作。 沿空留巷巷道围岩变形破坏特征分析与影响因素研究 李亚运* （山西煤炭运销集团金塬达煤业有限公司， 山西 临汾 041000） 摘要 为了解沿空留巷巷道围岩的主要变形破坏特征与变形破坏的影响因素， 通过采用理论研究 与数值模拟以及现场实测相结合的方式， 研究了沿空动压巷道围岩结构的主要分类， 指出了沿空动 压巷道围岩变形破坏的主要特征与影响围岩变形破坏的主要影响因素， 以供采动影响下的沿空动压 巷道更科学， 更合理的控制围岩参考。 关键词 巷道围岩； 结构分类； 变形破坏； 特征； 影响因素 中图分类号 TD325 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202010-0107-03 在20世纪50年代， 我国就已经开始对沿空留巷和 沿空掘巷采用的无煤柱护巷技术进行研究， 在矿压显 现规律及围岩控制的方面取得了较大的成就， 推动了 无煤柱技术的发展。 针对沿空留巷中存在的围岩变形问题， 国内外学者 对其特征及影响进行了研究， 人们针对二次沿空巷道采 用的留巷支护形式及围岩变形的规律进行了研究， 利用 快速持续观测法来观测巷道围岩的变形状况， 并对影响 因素进行分析， 其主要为地质条件过于复杂、 支护参数不 科学。根据巷道预拉力支护的理论， 设计出运用强度、 刚 度及预紧力均较高的锚杆、 锚索补强及深浅空注浆的联 合支护措施； 人们针对沿空留巷中造成围岩变形的因素 进行研究， 运用灰色关联理论来研究采高、 煤层倾角等因 素对两帮、 顶板及底板移近量的影响程度。通过开展研 究可知 巷道围岩存在的物理力学特征与护巷煤柱存在 开挖空间之间的差别， 将沿空动压巷道划分为8种 对巷 道的稳定性造成影响的诸多因素主要为结构应力、 巷道 的布置及其开挖的顺序、 巷道支护和2次动压。 1沿空动压巷道围岩结构分类 该结构主要有以下2种类型 ①由于受到作业面回 采的作用， 巷道属于动压巷道； ②巷道的一侧已经开始 开采， 此时围岩状态为非原岩应力， 就是沿空巷道。根 据巷道一侧存在的不同开挖空间， 可将沿空动压巷道 划分为2种， 如图1所示。 （1） Ⅰ型巷道 在开采之前， 巷道的一侧已经存在 一定的空间， 在巷道服务的时候， 作业面回采过程形成 的2次动压将会对其产生影响。 （2） Ⅱ型巷道 在掘进开始之前， 巷道的一侧是采 空区， 在巷道服务的过程中， 本区域作业面回采将会对 其造成影响。在对沿空动压巷道中围岩具有的稳定性 进行研究时， 根据煤岩巷道的两帮、 顶板及底板所具有 的物理力学特征， 可将该围岩划分为8种类型。 2沿空动压巷道围岩变形破坏特征 沿空动压巷道中围岩破坏存在的特征可将其分为 3个阶段 （1） 当巷道开始掘进的时候， 围岩存在的径向应力逐 渐降低， 直到消失， 因偏差应力的影响而产生损伤扩容。 （2） 随着作业面的回采， 因巷道存在的侧向及轴向 力会对沿空巷道造成影响， 导致围岩产生剪胀损坏。 （3） 在回采阶段， 沿空动压巷道所受到的作用力主 要为超前支承压力， 作业面前方出现了一定的特征， 如 顶板出现沉降等。 107 2020年第10期西部探矿工程 根据数据模拟所取得的围岩破坏状况详见图2。 3巷道围岩变形破坏特征 3.1护巷煤柱变形破坏特征 因受到护巷煤柱所处部位及自身尺寸的约束， 该 煤柱大多为围岩弱结构体， 变形破坏特征较为理想的 状况详见图3。其中Δx所表示的为该煤柱转移到巷道 内的量； P所表示的为该煤柱受到顶板的水平作用力； σy表示的为顶板对该煤柱产生的垂直作用力。 根据现场测量及数据模拟可知， 巷道围岩主要存 在3种变形破坏特征， 分别为沿构造面剪切、 劈裂和滑 移破坏。 3.2沿空巷道顶板变形破坏特征 当巷道顶板的岩层属于软弱结构时， 将会使护巷 煤柱产生变形破坏， 顶板产生破断的状况如图4所示。 根据煤矿开采的实际状况可知， 巷道顶板主要存 在4种变形破坏状况， 分别为拉断、 挤压流动、 剪切和离 层破坏。巷道顶板受到破坏的类型如图5所示。 4围岩变形破坏影响因素 巷道破坏变形主要受3方面影响 （表1） 。 根据某煤矿的实际背景， 选择某个巷道来观测围 岩存在的收敛变形状况， 并针对采动作用下沿空动压 巷道的变形规律来进行研究， 得到了对巷道稳定性造 成影响的诸多因素 ①巷道的布置及其开挖顺序； ②结 构应力； ③巷道支护； ④2次动压。 5结论 通过现场观测、 数据模拟和理论分析， 对造成围岩 破坏的因素及其存在的特征进行研究可知 （1） 根据巷道围岩存在的物理力学特征及护巷煤柱 （下转第112页） 108 2020年第10期西部探矿工程 成了各种断裂构造。它既是多期岩浆活动带也是多期 导矿、 容矿有利地段。区域上形成了一系列的北东向、 东西向、 北西向断裂， 控制了区内金等多金属矿产的形 成。区内小布鲁嘎里河断裂 （F5） 具一定规模， 是良好 的导矿构造， 两侧次级断裂构造是有利的容矿构造， 赋 存金、 铅锌等金属矿床、 矿 （化） 点。 4成矿规律研究 区域内地质历史较为漫长， 地质构造较复杂， 岩浆 活动频繁， 对成矿极为有利， 其所处的大地构造单元为 额尔古纳地块 （Ⅰ-1） ， 北部位于漠河前陆盆地 （Ⅰ-1- 1） ， 南部位于塔河翠岗岩浆弧 （Ⅰ-1-4） 。 （1） 矿床 （点） 空间展布特征。成矿在空间上的分 布规律， 是根据矿区构造基本格架的展布、 含矿地层的 发育程度与延伸情况以及成矿母岩的分布及活动规 律。根据高磁异常解释、 遥感解译以及地质现象的分 析。区内主要构造线方向为北东向和东西向， 其次为 北西向、 南北向等。 ①区域东北部发育一条近南北向断裂带 （宝兴沟 庆祥沟断裂） ， 宝兴沟岩金矿点就分布在该断裂带上， 同时在晚侏罗世火山岩中见有细脉状硅化、 黄铁矿化、 绢云母化等蚀变现象。发现1条铅矿体、 1条金矿化 体、 4条铅锌矿化体， 内火山岩区为找火山热液型金铅 锌主要靶区。 ②区域内岩浆活动强烈， 形成大面积的侵入岩分 布， 为晚寒武早奥陶世花岗岩岩浆侵入， 以及晚侏罗 世的火山岩浆的活动为中低温金多金属矿化提供有利 条件。 （2） 成矿时间的演化规律。区域成矿时间主要有 二期 晚寒武早奥陶世构造岩浆侵入期、 晚侏罗世 火山活动期。其中永庆林场金多金属矿床与晚侏罗世 火山活动有关。 5结论 永庆林场金多金属矿区位于大兴安岭成矿省上黑 龙江前陆盆地Au、 Cu、 Mo成矿带， 富拉罕逆推带Au 成矿亚带。区域内金属矿产矿床 （点） 众多， 主要有宝 兴沟岩金矿点、 宝兴沟岩金矿床等， 成矿条件有利。区 内有利成矿地质构造位于构造的交汇部位， 有较强的 岩浆活动等控矿因素， 结合区内已知内生金属矿产分 布及物化探异常套合较好， 主成矿元素异常面积较大、 异常规模较大等特征； 划分出永庆林场金矿化集中区。 参考文献 [1]黑龙江省有色金属地质勘查七○七队.黑龙江省宝兴沟幅、 瓦拉干幅1 ∶ 5万区域地质矿产调查报告[R]. [2]黑龙江省有色金属地质勘查七○七队.黑龙江省塔河县508 高地金多金属矿普查报告[R]. 存在的开挖空间， 可以将沿空动压巷道划分为8个类型。 （2） 围岩破坏状况主要存在于岩性较差的顶板及 护巷煤柱的一侧， 巷道破坏具备较大的差异， 体现在 破坏周期较长、 变形较迅速、 破裂状况较严重等等。 （3） 通过现场观测发现， 对巷道的稳定性造成影响 的诸多因素主要为结构应力、 巷道的布置及其开挖的 顺序、 巷道支护和2次动压。 参考文献 [1]张永国.破碎围岩巷道变形破坏机理及控制[J].煤炭技术， 2019633-35. [2]邓海富，张洪锋.不同夹矸位置的沿空巷道围岩变形规律及 支护[J].山西煤炭，2018644-46. [3]钟会军，马永刚.沿空留巷围岩变形特征及加固支护技术研 究[J].能源技术与管理，2017690-92. 序号 ① ② ③ 主要影响因素 巷道实际施工情况 巷道围压地质情况 巷道工程具体赋存情况 内容 巷道断面尺寸大小与形状情况， 巷道类型情况， 支护情况， 支护形式， 巷道主要开挖方式 巷道煤岩体的裂隙大小， 节理实际发育大小， 地质构造情况 环境温度情况， 地下水情况以及应力大小 表1巷道的破坏与变形的影响因素表 （上接第108页） 112