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摘要：深部煤巷围岩普遍具有软化、扩容和流变特征。这是导致巷道变形破坏的根本原因。与广泛的现场应用实践相比现有的理论和技术研究明显落后。本文对现有理论和技术研究现状进行了总结和评价，并对发展趋势做了预测。
关键词：深部煤巷 围岩控制 软岩支护
1 深部煤巷围岩控制理论研究现状
我国煤矿正以每年20~30米的速度向深部拓展。开采深度的增大使得围岩应力水平随之增大。同样条件下，深部煤巷较岩巷矿压显现更为明显。浅部软岩巷道支护理论和煤层巷道支护理论是深部煤巷围岩控制的两个理论基础。
1.1 深部围岩特征分析
在较高水平应力的作用下，煤层及顶底板围岩都表现出明显的软化、扩容和流变等性质。很多学者认为巷道支护应以通过支护阻力对破裂岩体施加第三向应力补偿围岩因开挖而失去的三向应力状态、缩减围岩开裂的程度为目的。也有学者认为，深部软岩及煤层巷道的变形破坏由围岩扩容和弹性体积变形共同引起。
1.2 深部巷道围岩破裂特征分析
高应力条件下，巷道开挖后即在周边围岩中形成了环状分布破裂区，该破裂区由中国矿业大学董方庭教授命名为松动圈。松动圈的形成、发展机理及稳定控制技术得到了国内外学者的广泛关注。
深部巷道围岩普遍存在深度很大的破裂区。因而巷道支护的中心任务成了控制围岩松动圈的进一步发展，并将巷道围岩松动圈的总深度控制在允许的范围之内。在应力条件一定的情况下，主动及时地对围岩松动圈内破裂的岩石进行加固，使其残余强度恢复到一定水平，保证松动圈不再继续向深部扩展，是深部巷道松动圈理论的基本观点。
巷道开挖后，围岩内部形成了环状分布的四个区域：即塑性流动圈、塑性软化圈、塑性硬化圈和弹性区。其中具有承载能力的是塑性硬化圈和一部分塑性软化圈，因而塑性软化圈和塑性流动圈应该作为实施支护的对象。软岩巷道实施锚网联合支护及反底拱圈梁支护后，围岩的力学状态由双向向三向改变，围岩内集中应力区域也随之向低应力区转移，应力集中水平也随之下降。
很多软岩巷道的破坏形式表现为挤压流动变形，巷道围岩在高应力作用下变成了软弱碎裂岩体。软弱碎裂围岩变形破坏过程中，将产生很大的体积碎胀流动，导致巷道发生很大的位移。围岩的大变形强流变导致巷道底鼓严重。对于挤压流变巷道，可将其底鼓分为挤压流动性底鼓、挠曲褶皱性底鼓、剪切错动性底鼓和遇水膨胀性底
鼓。
高应力水平作用下，围岩的蠕变特征明显。由于蠕变松动圈内本已稳定的破裂围岩经历长期变形后很可能二次失稳，及蠕变失稳，这是是很多巷道长时间内变形总量过大的原因。因此，所采用的支护手段应该有能力避免围岩的蠕变失稳。
1.3 深部煤巷围岩控制理论研究
在煤层巷道围岩控制理论研究方面，国内外学者进行了广泛的研究。
巷道开挖后，围岩塑性区首先从强度最低的部位，通常称为关键部位开始。单一岩层中，巷道支护的关键部位通常在巷道的两个拱腰45°部位、两个帮底交界处。煤层巷道顶底板岩性千变万化，关键部位也变化多端，但大多出现在帮底及帮顶交界处。在非对称应力的作用下，巷道支护也应随之改变。
煤层巷道的变形受两个主要因素的影响：顶底板及煤层本身的强度、围岩应力大小。如果煤层自身的强度低于顶底板强度，则巷道两帮多发生楔形或倒楔形破坏，顶板易形成大块状垮落体；如果煤层自身强度高于顶底板强度，如我国西部地区很多矿山，则巷道两帮多发生片状或鼓形破坏，顶板易形成单抛物拱垮落体。如果采用锚杆支护技术，帮部锚杆是关键。
2 深部煤巷支护技术研究现状
与浅部巷道类似，深部煤层巷道围岩变形破坏的控制途径也无外乎两个：提高围岩强度、减小圍岩应力，当然这两点都需要选用合理的支护手段。国内外学者在浅部巷道支护技术，特别是浅部软岩巷道支护技术的基础上找到了一些适合深部煤巷的支护技术，主要包括巷道加强支护技术和应力转移技术。
2.1 支护技术
广义上说，支护技术包括对深部围岩加固提高其承载能力的技术和对围岩表面提供抗力的技术。由于深部煤巷来说单一的支护手段，无论是主动支护还是被动支护，都难以达到预期的效果，因而通常采用联合支护技术。
近年来在煤巷较为常用的联合支护技术包括：锚梁网支护、锚网喷索支护、锚梁网索支护、锚网架联合支护技术等。
2.2 围岩应力转移技术
应力转移，指将较高的原始地应力、工作面开采等其他作用造成的高应力转移到巷道深部围岩中，使被保护巷道始终处于应力较低区的区域。
应力转移必须通过联合巷道支护技术才能实现。一方面使巷道围岩的应力水平降低，另一方面通过支护使得围岩的承载能力增强。目前应用于深部煤巷的应力转移技术包括上行开采、跨巷开采等，但由于施工条件及经济成本的限制大多不能广泛采用。切实可行的方案是将现有的支护手段有机联合，使巷道近表出的集中应力向深部转移或者支护体上转移。
3 研究现状评述
在深部煤巷变形破坏机理、支护技术以及破裂围岩的承载机理研究方面，国内外学者虽然取得了上述较多的成果，但存在的问题依然很多：
3.1 制理论中岩石峰后力学特性基本未考虑
全应力应变测试是今年来倍受推崇的测试技术，因为岩石力学特性既有峰前的力学特性，也有峰后的力学特性，而峰后力学特是破碎围岩控制直接依据，对于深部高地压作用下的煤巷，峰后力学特性对围岩的稳定性控制有着更大的理论和现实意义。
目前的解析分析和数值计算分析中，岩石的峰前的力学特性被广泛应用，峰后力学特征少有考虑，因为无论是解析分析还是数值计算都要求应力——应变函数单枝对应。因此，目前的研究结果和实际的出入较大。相似试验能很好的弥补上述缺憾，但是相似材料与实际的围岩材料往往相去甚远，模拟结果也只能是差强人意。
3.2 巷围岩应力场演化规律的认识不够
与一般巷道比较，深部煤层巷道围岩条件、应力环境更为复杂。矿山压力及巷道变形观测表明，深部高应力煤巷的矿山压力显现有以下特点：①巷道围岩初始变形速度大；②围岩变形持续时间长，短时间内都不会有收敛的趋势，巷道变形总量通常很大；③巷道开挖时围岩在高应力作用下会产生劈裂现象，经常出现类似冲击地压的现象；④具有明显的分层性的煤巷变形过程中，一般情况下首先是两帮煤体被迅速挤出，紧接着是强烈底鼓，最后是顶板也随之下沉。造成上述现象的原因及机理尚不清楚。
3.3 围岩承载区未进行系统研究
国内外学者已经充分认识到围岩自身承载承载能力是保证深部煤层巷道支护效果的关键，并据此划分了巷道围岩的承载区。但对围岩承载区的界定往往从单一角度出发，如变形量、应力大小、破碎程度等，没有充分考虑其间的联系，因此不能全面反映围岩承载机理。
3.4 能够被施工现场广泛接受的经济合理的技术手段较少
再好的理论也需要切实可行的支护技术来体现，也需要成功现场应用来验证。比如，学者们都在强调巷道底板加强支护的重要性，然而目前的底板维护方法，如金属反底拱梁、混凝土反底拱等都不能再煤巷中大规模采用，底板锚杆及锚索受钻孔机具限制也很难大规模实施。鉴于此，深部煤巷的维护不仅要在理论上深入研究，更要结合现场条件，开发经济合理的技术手段。
4 发展趋势
支护技术发展趋势：在深部煤巷的支护技术研究方面，无论是一般煤巷还是沿空巷道，均具有一个共同的趋势将各种支护手段有机地结合，共同作用，以达到事半功倍的效果。
支护理论发展趋势：以约束变形为主要目标的理论研究向以应力与应变双向共同约束为主要目标的理论研究转移。
关键词：深部煤巷 围岩控制 软岩支护
1 深部煤巷围岩控制理论研究现状
我国煤矿正以每年20~30米的速度向深部拓展。开采深度的增大使得围岩应力水平随之增大。同样条件下，深部煤巷较岩巷矿压显现更为明显。浅部软岩巷道支护理论和煤层巷道支护理论是深部煤巷围岩控制的两个理论基础。
1.1 深部围岩特征分析
在较高水平应力的作用下，煤层及顶底板围岩都表现出明显的软化、扩容和流变等性质。很多学者认为巷道支护应以通过支护阻力对破裂岩体施加第三向应力补偿围岩因开挖而失去的三向应力状态、缩减围岩开裂的程度为目的。也有学者认为，深部软岩及煤层巷道的变形破坏由围岩扩容和弹性体积变形共同引起。
1.2 深部巷道围岩破裂特征分析
高应力条件下，巷道开挖后即在周边围岩中形成了环状分布破裂区，该破裂区由中国矿业大学董方庭教授命名为松动圈。松动圈的形成、发展机理及稳定控制技术得到了国内外学者的广泛关注。
深部巷道围岩普遍存在深度很大的破裂区。因而巷道支护的中心任务成了控制围岩松动圈的进一步发展，并将巷道围岩松动圈的总深度控制在允许的范围之内。在应力条件一定的情况下，主动及时地对围岩松动圈内破裂的岩石进行加固，使其残余强度恢复到一定水平，保证松动圈不再继续向深部扩展，是深部巷道松动圈理论的基本观点。
巷道开挖后，围岩内部形成了环状分布的四个区域：即塑性流动圈、塑性软化圈、塑性硬化圈和弹性区。其中具有承载能力的是塑性硬化圈和一部分塑性软化圈，因而塑性软化圈和塑性流动圈应该作为实施支护的对象。软岩巷道实施锚网联合支护及反底拱圈梁支护后，围岩的力学状态由双向向三向改变，围岩内集中应力区域也随之向低应力区转移，应力集中水平也随之下降。
很多软岩巷道的破坏形式表现为挤压流动变形，巷道围岩在高应力作用下变成了软弱碎裂岩体。软弱碎裂围岩变形破坏过程中，将产生很大的体积碎胀流动，导致巷道发生很大的位移。围岩的大变形强流变导致巷道底鼓严重。对于挤压流变巷道，可将其底鼓分为挤压流动性底鼓、挠曲褶皱性底鼓、剪切错动性底鼓和遇水膨胀性底
鼓。
高应力水平作用下，围岩的蠕变特征明显。由于蠕变松动圈内本已稳定的破裂围岩经历长期变形后很可能二次失稳，及蠕变失稳，这是是很多巷道长时间内变形总量过大的原因。因此，所采用的支护手段应该有能力避免围岩的蠕变失稳。
1.3 深部煤巷围岩控制理论研究
在煤层巷道围岩控制理论研究方面，国内外学者进行了广泛的研究。
巷道开挖后，围岩塑性区首先从强度最低的部位，通常称为关键部位开始。单一岩层中，巷道支护的关键部位通常在巷道的两个拱腰45°部位、两个帮底交界处。煤层巷道顶底板岩性千变万化，关键部位也变化多端，但大多出现在帮底及帮顶交界处。在非对称应力的作用下，巷道支护也应随之改变。
煤层巷道的变形受两个主要因素的影响：顶底板及煤层本身的强度、围岩应力大小。如果煤层自身的强度低于顶底板强度，则巷道两帮多发生楔形或倒楔形破坏，顶板易形成大块状垮落体；如果煤层自身强度高于顶底板强度，如我国西部地区很多矿山，则巷道两帮多发生片状或鼓形破坏，顶板易形成单抛物拱垮落体。如果采用锚杆支护技术，帮部锚杆是关键。
2 深部煤巷支护技术研究现状
与浅部巷道类似，深部煤层巷道围岩变形破坏的控制途径也无外乎两个：提高围岩强度、减小圍岩应力，当然这两点都需要选用合理的支护手段。国内外学者在浅部巷道支护技术，特别是浅部软岩巷道支护技术的基础上找到了一些适合深部煤巷的支护技术，主要包括巷道加强支护技术和应力转移技术。
2.1 支护技术
广义上说，支护技术包括对深部围岩加固提高其承载能力的技术和对围岩表面提供抗力的技术。由于深部煤巷来说单一的支护手段，无论是主动支护还是被动支护，都难以达到预期的效果，因而通常采用联合支护技术。
近年来在煤巷较为常用的联合支护技术包括：锚梁网支护、锚网喷索支护、锚梁网索支护、锚网架联合支护技术等。
2.2 围岩应力转移技术
应力转移，指将较高的原始地应力、工作面开采等其他作用造成的高应力转移到巷道深部围岩中，使被保护巷道始终处于应力较低区的区域。
应力转移必须通过联合巷道支护技术才能实现。一方面使巷道围岩的应力水平降低，另一方面通过支护使得围岩的承载能力增强。目前应用于深部煤巷的应力转移技术包括上行开采、跨巷开采等，但由于施工条件及经济成本的限制大多不能广泛采用。切实可行的方案是将现有的支护手段有机联合，使巷道近表出的集中应力向深部转移或者支护体上转移。
3 研究现状评述
在深部煤巷变形破坏机理、支护技术以及破裂围岩的承载机理研究方面，国内外学者虽然取得了上述较多的成果，但存在的问题依然很多：
3.1 制理论中岩石峰后力学特性基本未考虑
全应力应变测试是今年来倍受推崇的测试技术，因为岩石力学特性既有峰前的力学特性，也有峰后的力学特性，而峰后力学特是破碎围岩控制直接依据，对于深部高地压作用下的煤巷，峰后力学特性对围岩的稳定性控制有着更大的理论和现实意义。
目前的解析分析和数值计算分析中，岩石的峰前的力学特性被广泛应用，峰后力学特征少有考虑，因为无论是解析分析还是数值计算都要求应力——应变函数单枝对应。因此，目前的研究结果和实际的出入较大。相似试验能很好的弥补上述缺憾，但是相似材料与实际的围岩材料往往相去甚远，模拟结果也只能是差强人意。
3.2 巷围岩应力场演化规律的认识不够
与一般巷道比较，深部煤层巷道围岩条件、应力环境更为复杂。矿山压力及巷道变形观测表明，深部高应力煤巷的矿山压力显现有以下特点：①巷道围岩初始变形速度大；②围岩变形持续时间长，短时间内都不会有收敛的趋势，巷道变形总量通常很大；③巷道开挖时围岩在高应力作用下会产生劈裂现象，经常出现类似冲击地压的现象；④具有明显的分层性的煤巷变形过程中，一般情况下首先是两帮煤体被迅速挤出，紧接着是强烈底鼓，最后是顶板也随之下沉。造成上述现象的原因及机理尚不清楚。
3.3 围岩承载区未进行系统研究
国内外学者已经充分认识到围岩自身承载承载能力是保证深部煤层巷道支护效果的关键，并据此划分了巷道围岩的承载区。但对围岩承载区的界定往往从单一角度出发，如变形量、应力大小、破碎程度等，没有充分考虑其间的联系，因此不能全面反映围岩承载机理。
3.4 能够被施工现场广泛接受的经济合理的技术手段较少
再好的理论也需要切实可行的支护技术来体现，也需要成功现场应用来验证。比如，学者们都在强调巷道底板加强支护的重要性，然而目前的底板维护方法，如金属反底拱梁、混凝土反底拱等都不能再煤巷中大规模采用，底板锚杆及锚索受钻孔机具限制也很难大规模实施。鉴于此，深部煤巷的维护不仅要在理论上深入研究，更要结合现场条件，开发经济合理的技术手段。
4 发展趋势
支护技术发展趋势：在深部煤巷的支护技术研究方面，无论是一般煤巷还是沿空巷道，均具有一个共同的趋势将各种支护手段有机地结合，共同作用，以达到事半功倍的效果。
支护理论发展趋势：以约束变形为主要目标的理论研究向以应力与应变双向共同约束为主要目标的理论研究转移。