不同位置巷道破坏原因及治理对策研究

不同位置巷道破坏原因及治理对策研究 摘 要：针对某矿巷道破坏率高、多次复修制约矿井安全生产与高产高效的问题，依据与开采煤层位置不同将巷道划分为四种类型并进行巷道破坏原因分析，据此提出各类巷道的治理对策，对其它煤矿类似条件下的巷道支护有一定的参考价值。 关键词：巷道破坏；空间位置；因素分析；巷道治理 1 前言 巷道是矿山开采的基础，想要降低其变形，减少破坏和维护就要进行合理的布置与支护。经过多年探索实践，开发出了一系列因地制宜的新技术，如沿空留巷巷旁支护、高预应力锚杆（索）支护等，并形成了科学的设计方法，有利推动了煤炭工业化发展1。但地质条件复杂多变，不合理的支护设计参数会导致巷道变形严重，需要进行维护、返修甚至报废，严重制约了煤矿的安全生产2。因此需要根据实践分析巷道破坏原因，总结巷道破坏预防与治理对策。 某煤矿设计年产量150万t。矿井分-520m和-720m两个开采水平，煤层倾角17。由于受到一系列因素影响，该矿主要巷道在掘进和回采过程中变形和破坏较为严重，60%70%的巷道需维修后才能使用，其中20%30%严重失修，部分巷道甚至1年维修56次3，造成该矿安全生产环境差、经济效益低，给矿井的正常生产交替带来很大阻碍，并且这种矛盾二水平延伸时将更加严重。 2 不同布置方式巷道破坏原因分析 2.1 巷道主要类型划分 根据对巷道破坏的现场调研，发现巷道的主要破坏原因和巷道与开采煤层的空间位置有很大联系。故依巷道空间位置将分类如下，如图1所示： a、本煤层实体煤巷道 巷道在煤层内，且两侧均为实体煤，而非煤柱。 b、本煤层沿空巷道 巷道在煤层内的沿空留巷或沿空掘巷。 c、顶、底板跨采岩巷 一般布置在采煤工作面下（上）方岩层内，与煤层有一段距离。 d、顶、底板留煤柱岩巷 一般布置在工作面留煤柱下（上）方岩层内，与煤层有一段距离。 2.2 巷道破坏影响因素分析 2.2.1 本煤层实体煤巷道 （1）巷道破坏主要由支护方式选取不合理引起。该矿采用工字钢棚支护。首先工字钢棚支护为“被动支护”，支护效果较之锚杆支护差。其次当参数设计不合理或施工质量不达标准时，将会破坏巷道的稳定性，使巷道变形持续增大，凸显其支护能力不足。 从该矿顶板和煤层的条件分析，本煤层巷道煤层和直接顶强度较低，围岩完整性相对差，容易导致片帮和冒顶。 （2）巷道埋深的影响。巷道埋藏深度是确定巷道围岩稳定性的基本因素之一。该矿一水平埋深500m左右，但煤层强度较低，巷道变形仍较大。当二水平开采时，矿压显现会更加强烈。 （3）采动影响加大了巷道超前维护的难度。本煤层巷道受采动影响时，仅受到巷道掘进影响和采面前方采动影响，故对围岩变形量影响不如前三个因素。 （4）构造带处较为破碎的围岩环境增大了巷道支护难度。当巷道经过构造破碎带（如褶曲）等时，未因地制宜加强支护，造成巷道变形量难以控制，使得此处巷道经常翻修。 2.2.2 本煤层沿空巷道 （1）采动影响加剧了巷道变形破坏。通过留煤柱或巷旁支护等技术在上一工作面采空区边缘掘进或留设巷道供下一工作面继续使用的巷道称为沿空巷道。此类巷道受采动影响后变形远远高于实体煤巷道，采动影响是沿空巷道破坏的主要原因。 （2）围岩的完整性差给巷道的大变形提供了前提条件。沿空巷道经受过一次采动影响，围岩完整性较差，再经受二次采动影响，加大了围岩控制难度。 （3）不合理的支护措施使得支护体稳定性降低。该煤矿的沿空巷道多采用架工字钢对棚的支护方式，较差架棚的质量使巷道稳定性进一步降低。 （4）其他影响因素。巷道埋藏深度、不合理的巷道超前支护、对构造破碎带没有因地制宜采取必要措施等也会造成本煤层沿空巷道破坏。 2.2.3 顶、底板跨采岩巷和留保护煤柱岩巷 （1）围岩强度是巷道支护效果的根本。煤层围岩多为沉积岩，强度较低，受顶（底）板采动影响时，巷道支护效果差，造成巷道变形量较大甚至破坏。 （2）不足够的岩柱尺寸导致巷道变形急剧增加。受顶（底）板煤层采动影响时，岩柱尺寸过小的巷道将产生明显变形。 （3）巷道的围岩大变形主要由采动影响引起。如果参数设计不合理，采动影响将诱发较大范围的破坏。 （4）较差的围岩完整性给巷道的大变形提供了前提条件。由于巷道上方或下方需经过工作面，该类巷道所在岩层围岩完整性较差。在工作面回采过程中，巷道将出现局部掉顶、片帮等现象。 2.2.4 留保护煤柱岩巷 留保护煤柱岩巷稳定性与围岩强度、完整性、采动影响、埋深等因素有关，同时也受煤柱留设尺寸和工作面的停采线的影响。煤柱尺寸不合理会造成巷道应力集中，导致变形过大，而工作面停采线离巷道过近会造成巷道受采动影响加剧，从而造成破坏。 3 巷道破治理对策 通过对不同位置巷道进行分类和现场总结，分析了4种类型巷道破坏的影响因素，这些都是在设计之初就应该考虑的问题，非常值得借鉴。 对于不同位置巷道，其破坏原因不尽一致，导致其治理方法也各有所偏倚。有针对性地提出治理对策，才会取得显著效果。 对于本煤层实体煤巷道，在设计支护与治理其变形破坏时，需要注意以下几点： （1）在考虑支护方式时，首选锚杆（索）支护。巷道掘进时若无明显的冒顶与大量的片帮，优先选用锚杆支护4。 （2）巷道层位的选择要充分考虑现场围岩条件。此类巷道顶煤较为软弱破碎，难以进行支护，故沿煤层顶板掘进。 （3）合理的工作面超前加强支护。据现场情况，超前工作面50m加强支护，在超前工作面20m范围内，依据巷道变形状况适提高单体液压支柱密度。 （4）对于局部地质构造带处采取合理措施。当巷道位于地质破碎带中时，须根据现场制定合理的措施，不能盲目参照原参数支护。 （5）巷道层间距尽量布置得当。合理的层间距是巷道稳定的有力保障。当煤层间距较小时，可以采取调整巷道水平布置位置的方法或者加强支护来尽量避开或减轻上（下）部煤层的底（顶）板破坏带的影响。 对于本煤层沿空巷道，需要考虑的下面三点： （1）本煤层沿空巷道可以考虑采用留小煤墙的沿空掘巷或沿空留巷方式，支护可采用高预应力锚杆（索）联合支护或巷旁充填体支护。 （2）加大工作面超前支护力度。与实体煤巷道类似，超前工作面50m加强支护，在超前工作面20m范围内，依据巷道变形状况适提高单体液压支柱密度。 （3）巷道布置层位的选择。由于受两次采动影响，一般巷道煤体较为破碎，故该类型巷道多沿煤层顶板掘进，以免顶煤垮落。 而针对顶底板跨采岩巷和留煤柱岩巷，需要结合各破坏影响因素进行巷道布置与巷道支护的设计。 1）巷道布置层位尽量选择围岩稳定性良好的位置，避开开采高应力集中区，降低巷道变形破坏。 2）尽量将巷道布置在开采破坏带以外的位置，巷道与开采煤层垂距要合理设计，以期减少采动影响。 3）合理安排煤层及工作面开采顺序。一般情况下，煤层间的开采顺序选择采用下行方向，并设置合适的停采线；巷道两侧同时相对开采可引起巷道强烈变形甚至破坏，因此要尽量避免。 4）巷道支护方案的设计必须因地制宜。通过地应力测试与岩石力学测试等手段评估现场地质条件，结合开采方案，确定支护参数。该类型巷道优先选用锚杆（索）支护；而对于围岩完整性较低的破碎围岩巷道与返修巷道，可以采用“注浆加固+锚杆支护”的综合治理技术。 参考文献： 1陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制M.徐州：中国矿业大学出版社，1994. 2贾蓬，唐春安，王述红.巷道层状岩层顶板破坏机理J.煤炭学报，2006，31（01）：11-15. 3杨宏敏，杨吉平等.采动敏感型巷道围岩控制技术研究J.煤炭工程，2007（10）：35-37. 4张忠温，冯学武.回采巷道围岩稳定性分类及支护型式确定J.矿山压力与顶板.第 7 页 共 7 页