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_王伟强.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 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。 （a ） 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 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 ） 摘要 为解决协庄煤矿巷道掘进期间明显的软化和弱化现象、围岩流变大和巷道矿压显现明显的 问题， 本文分析矿压观测， 分析巷道和围岩变形规律， 给出冲击地压防治措施， 保证了大埋深高应力巷 道掘进期间的巷道稳定性， 取得了显著的经济和社会效益， 对具有相似条件的煤矿也具有一定的参考 价值和意义。 关键词 大埋深 ； 高应力 ； 冲击地压防治 中图分类号 TD324文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0024- 03 Mine pressure behavior law and impact ground pressure prevention during deep excavation and high stress roadway excavation WANG Weiqiang ， GONG Weikuan （ShandongEnergyNewMiningGroup EnergyXiezhuangCoal Mine , Shandong Xintai 271200 ） Abstract In order to solve the obvious softening and weakening phenomenon during the tunneling of Xiezhuang Coal Mine, the large- scale surrounding rock flowand the apparent pressure of the roadway, this paper analyzes the mine pressure observation, analyzes the deation lawof the roadway and surrounding rock, and gives the measures to prevent the impact of the ground pressure. It ensures the stability of the roadwayduringthe excavation oflarge buried deep and high stress roadway, and has achieved remarkable economic and social benefits. It also has certain reference value and significance for coal mines with similar conditions. Keywords Large depth； High stress； Impact pressure control 24 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 （b） （c ） 图 11、 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 （下转第 29 页 ） 25 ChaoXing （上接第 25 页 ） 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。 4结论 本文分析了矿压观测，分析巷道和围岩变形规 律， 给出冲击地压防治措施， 保证了大埋深高应力巷 道掘进期间的巷道稳定性， 取得了显著的经济和社会 效益， 对具有相似条件的煤矿也具有一定的参考价值 和意义， 具有广阔的应用前景。 参考文献 [1] 孙海良. 大埋深高应力近距离煤层下位煤层回采巷道布 置方案优化[J]. 中国煤炭, 2017 （9） 48- 50. 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