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[摘 要]随着矿井开采逐步加深，巷道开挖后变形明显并逐步加快，变形量加大，造成多次返修，不仅增加了巷道的维修费用，而且严重制约了矿井生产接续。通过对煤矿巷道变形与破坏机理的分析，提出了切实有效的对策，取得了较好的防治效果。
[关键词]煤矿 巷道 支护 技术 研究
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0046-01
1.前言
翟镇煤矿由新汶矿务局设计院与济南煤矿设计院设计，1983年12月25日开工建设，1993年12月23日投产，设计能力为年产120万吨，设计服务年限59.5年。2003年核定能力165万吨/年，2005年核定生产能力190万吨。该矿井开拓方式为立斜井混合、集中大巷、采区石门方式，其中主副井为立井，风井为斜井。
现矿井地压显现较明显，西大巷西段、一采回风上山、一采皮带上山、二采回风上山、二采石门、四采石门等巷道均发生了较严重的底鼓、顶板开裂、片帮等现象，巷道变形严重，随经多次整修，但仍有地压显现。其它巷道也均发生不同程度的变形现象。
因此，针对复杂的地质条件，合理分析和研究巷道变形与破坏机理，采取切实有效的治理对策，对保障矿井安全生产和提高经济效益有着极为重要的实践指导意义。
2.开采技术因素
2.1 巷道布置
巷道布置的岩层或位置不合理，使之受到较大的地质构造及采动影响。受采动影响，巷道变形明显。而巷道受初次采动影响产生的变形又明显比受二次采动产生的变形大。
2.2 巷道爆破方式
采用钻眼爆破破岩，爆轰波对围岩具有一定的破坏作用。尤其对软岩，放炮产生的爆轰波，可使围岩产生深达1.5m的松动圈，直接破坏了围岩的整体结构，降低了围岩的强度。
2.3 支护方式与支护结构
巷道支护主要采用以下三种支护方式：锚喷支护、锚带网联合支护和破碎顶板下的锚带网+架棚支护或锚带网+锚索支护。从现场情况看，单一支护巷道比联合支护巷道破坏率高，一次支护成巷又比二次支护成巷破坏率高。
3.治理对策
3.1 优化巷道布置
3.1.1 合理选择巷道层位、位置
巷道布置应避开构造集中应力、采动集中应力和煤柱集中应力的影响，选择在岩性较为稳定的岩石中。主副下山之间至少要留有30m岩柱，且要交错布置。主皮带机斜巷应尽量布置在砂岩中，和砂岩层位保持一致。区段主要运输巷至少要布置一条岩石集中巷，该岩石集中巷应避开其上覆工作面初采期间采动影响。
3.1.2 采用无煤柱护巷
随着开采逐步加深，工作面回采后，煤体集中应力增加，塑性范围扩大，区段煤柱和井筒保护煤柱相应增大。为避免和减少集中应力对巷道的破坏，提高煤炭回采率，区段应采用沿空掘巷技术。
3.1.3 采用先进技术留设断层煤柱
采用井下防爆直流电法超前探测、矿井红外测温仪及地质综合分析等先进技术手段进行综合探测，探明掘进前方0～80m范围内的水文地质异常情况，最终确定合理的断层保护煤柱，使巷道布置避开地质构造区，确保安全生产。
3.2 改革支护技术及工艺
传统的支护形式、支护工艺及单一的支护结构已经不适应当前巷道的地质条件和变形特征，难以满足安全生产的需要，改革支护技术，优化支护结构，完善支护工艺，达到最佳支护效果，是解决巷道安全支护的关键。
3.2.1 全螺纹钢等强锚杆+网+混凝土组合支护
全螺纹钢等强锚杆采用树脂药卷锚固，根据岩性，采用加长锚或全锚两种锚固形式，配以金属网，外加圆形铸铁托盘，采用喷锚喷、锚网喷施工工艺，支护效果良好。
3.2.2 采用高强高预紧力锚杆支护
在深部二层复合顶板，高应力集中巷道，采用高强高预紧力锚杆支护，提高锚杆预紧力，加强主动支护，使支护结构更为合理，能有效避免巷道遭受巨大的不均衡地压作用而产生失稳和破坏。
3.2.3 锚喷巷道二次支护工艺
针对巷道矿压显现特点，要求巷道支护必须满足既能加固围岩，又能提供较大的支护阻力、具有较大的可缩性和一定的初撑力等要求。试验证明，二次支护成巷工艺，基本能满足上述要求。我矿推广应用二次支护新工艺以来，已施工此种支护巷道12000多米。支护效果明显优于一次支护巷道。
3.2.4 “护巷先固底”措施
在巷道掘进或维修中，采用锚网反拱结构或浇注混凝土固底措施，既可有效防止巷道底臌，又能避免受“上压下挤”作用而使巷道两帮产生剪切破坏。我矿-550水平西轨道大巷里段底臌严重，此段维修中采用浇注1m厚混凝土封底，2个月内顶底板移近量仅为3.5mm，两帮移近量仅为1.2mm，均不到封底前巷道位移量的1/10，取得了良好的效果。
3.3 优化设计，合理确定支护参数
3.3.1 应力与地质评估
我矿和中国矿业大学进行广泛合作，对我矿巷道围岩的强度、结构、破坏范围和地应力进行测试。通过测试可以准确了解巷道围岩受压情况和主应力大小及方向。同时根据区内构造应力场及地质钻探资料进行地质评估，预测预报断层位置、断裂展布规律以及节理裂隙的分布情况，为合理选择支护参数提供了科学依据。
3.3.2 设计支护参数
根据实测资料、地质评估及理论分析，合理选用设计支护材料、结构型式、支护参数。也可以通过计算机模拟来确定支护形式及支护参数。
3.3.3 支护参数调整
按照初始设计进行支护后，继续监测支护压力及围岩位移，验证初始设计的合理性和可靠性。然后根据现场需要，调整和改进初始设计中不合理的参数，最终达到最优设计。
4.结语
（1）我矿有的巷道地压大、地质条件复杂，显现出原岩应力增大、构造应力显现剧烈、岩体强度降低和围岩塑性破碎区域增大等特征。因此，根据不同的地质条件选择不同的支护方式从巷道布置、选型、支护方式、支护工艺和支护参数等方面进行优化设计，确保巷道稳定，减小巷道维护。
（2）应用先进的支护理论和支护技术，进一步推广使用高强度锚杆和预应力锚索技术，增加巷道施工的科技含量。
（3）利用先进技术手段和方法，科学总结和分析深部巷道矿压显现特征和规律，建立适应深部巷道变形特征的新型支护系统。
（4）加强现场管理，严把工程质量关，严格按设计要求和《作业规程》进行施工，最大限度地发挥支护结构系统的支护作用。
（5）采用上述方法及措施对巷道进行综合治理，尽管增加了一次性投入成本，但巷道支护状况大为改善，返修率降低，经济效益显著。
[关键词]煤矿 巷道 支护 技术 研究
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0046-01
1.前言
翟镇煤矿由新汶矿务局设计院与济南煤矿设计院设计，1983年12月25日开工建设，1993年12月23日投产，设计能力为年产120万吨，设计服务年限59.5年。2003年核定能力165万吨/年，2005年核定生产能力190万吨。该矿井开拓方式为立斜井混合、集中大巷、采区石门方式，其中主副井为立井，风井为斜井。
现矿井地压显现较明显，西大巷西段、一采回风上山、一采皮带上山、二采回风上山、二采石门、四采石门等巷道均发生了较严重的底鼓、顶板开裂、片帮等现象，巷道变形严重，随经多次整修，但仍有地压显现。其它巷道也均发生不同程度的变形现象。
因此，针对复杂的地质条件，合理分析和研究巷道变形与破坏机理，采取切实有效的治理对策，对保障矿井安全生产和提高经济效益有着极为重要的实践指导意义。
2.开采技术因素
2.1 巷道布置
巷道布置的岩层或位置不合理，使之受到较大的地质构造及采动影响。受采动影响，巷道变形明显。而巷道受初次采动影响产生的变形又明显比受二次采动产生的变形大。
2.2 巷道爆破方式
采用钻眼爆破破岩，爆轰波对围岩具有一定的破坏作用。尤其对软岩，放炮产生的爆轰波，可使围岩产生深达1.5m的松动圈，直接破坏了围岩的整体结构，降低了围岩的强度。
2.3 支护方式与支护结构
巷道支护主要采用以下三种支护方式：锚喷支护、锚带网联合支护和破碎顶板下的锚带网+架棚支护或锚带网+锚索支护。从现场情况看，单一支护巷道比联合支护巷道破坏率高，一次支护成巷又比二次支护成巷破坏率高。
3.治理对策
3.1 优化巷道布置
3.1.1 合理选择巷道层位、位置
巷道布置应避开构造集中应力、采动集中应力和煤柱集中应力的影响，选择在岩性较为稳定的岩石中。主副下山之间至少要留有30m岩柱，且要交错布置。主皮带机斜巷应尽量布置在砂岩中，和砂岩层位保持一致。区段主要运输巷至少要布置一条岩石集中巷，该岩石集中巷应避开其上覆工作面初采期间采动影响。
3.1.2 采用无煤柱护巷
随着开采逐步加深，工作面回采后，煤体集中应力增加，塑性范围扩大，区段煤柱和井筒保护煤柱相应增大。为避免和减少集中应力对巷道的破坏，提高煤炭回采率，区段应采用沿空掘巷技术。
3.1.3 采用先进技术留设断层煤柱
采用井下防爆直流电法超前探测、矿井红外测温仪及地质综合分析等先进技术手段进行综合探测，探明掘进前方0～80m范围内的水文地质异常情况，最终确定合理的断层保护煤柱，使巷道布置避开地质构造区，确保安全生产。
3.2 改革支护技术及工艺
传统的支护形式、支护工艺及单一的支护结构已经不适应当前巷道的地质条件和变形特征，难以满足安全生产的需要，改革支护技术，优化支护结构，完善支护工艺，达到最佳支护效果，是解决巷道安全支护的关键。
3.2.1 全螺纹钢等强锚杆+网+混凝土组合支护
全螺纹钢等强锚杆采用树脂药卷锚固，根据岩性，采用加长锚或全锚两种锚固形式，配以金属网，外加圆形铸铁托盘，采用喷锚喷、锚网喷施工工艺，支护效果良好。
3.2.2 采用高强高预紧力锚杆支护
在深部二层复合顶板，高应力集中巷道，采用高强高预紧力锚杆支护，提高锚杆预紧力，加强主动支护，使支护结构更为合理，能有效避免巷道遭受巨大的不均衡地压作用而产生失稳和破坏。
3.2.3 锚喷巷道二次支护工艺
针对巷道矿压显现特点，要求巷道支护必须满足既能加固围岩，又能提供较大的支护阻力、具有较大的可缩性和一定的初撑力等要求。试验证明，二次支护成巷工艺，基本能满足上述要求。我矿推广应用二次支护新工艺以来，已施工此种支护巷道12000多米。支护效果明显优于一次支护巷道。
3.2.4 “护巷先固底”措施
在巷道掘进或维修中，采用锚网反拱结构或浇注混凝土固底措施，既可有效防止巷道底臌，又能避免受“上压下挤”作用而使巷道两帮产生剪切破坏。我矿-550水平西轨道大巷里段底臌严重，此段维修中采用浇注1m厚混凝土封底，2个月内顶底板移近量仅为3.5mm，两帮移近量仅为1.2mm，均不到封底前巷道位移量的1/10，取得了良好的效果。
3.3 优化设计，合理确定支护参数
3.3.1 应力与地质评估
我矿和中国矿业大学进行广泛合作，对我矿巷道围岩的强度、结构、破坏范围和地应力进行测试。通过测试可以准确了解巷道围岩受压情况和主应力大小及方向。同时根据区内构造应力场及地质钻探资料进行地质评估，预测预报断层位置、断裂展布规律以及节理裂隙的分布情况，为合理选择支护参数提供了科学依据。
3.3.2 设计支护参数
根据实测资料、地质评估及理论分析，合理选用设计支护材料、结构型式、支护参数。也可以通过计算机模拟来确定支护形式及支护参数。
3.3.3 支护参数调整
按照初始设计进行支护后，继续监测支护压力及围岩位移，验证初始设计的合理性和可靠性。然后根据现场需要，调整和改进初始设计中不合理的参数，最终达到最优设计。
4.结语
（1）我矿有的巷道地压大、地质条件复杂，显现出原岩应力增大、构造应力显现剧烈、岩体强度降低和围岩塑性破碎区域增大等特征。因此，根据不同的地质条件选择不同的支护方式从巷道布置、选型、支护方式、支护工艺和支护参数等方面进行优化设计，确保巷道稳定，减小巷道维护。
（2）应用先进的支护理论和支护技术，进一步推广使用高强度锚杆和预应力锚索技术，增加巷道施工的科技含量。
（3）利用先进技术手段和方法，科学总结和分析深部巷道矿压显现特征和规律，建立适应深部巷道变形特征的新型支护系统。
（4）加强现场管理，严把工程质量关，严格按设计要求和《作业规程》进行施工，最大限度地发挥支护结构系统的支护作用。
（5）采用上述方法及措施对巷道进行综合治理，尽管增加了一次性投入成本，但巷道支护状况大为改善，返修率降低，经济效益显著。