山东能源临沂矿业集团菏泽煤电公司 山东临沂 276017
摘要: 通过对我国某煤矿开采工作当中的煤矿巷道变形问题进行了分析和研究，该煤矿开采工作面受到了侧向支撑压力以及巷道结构断层的影响，造成了煤矿巷道产生不良的形变问题。本文通过理论分析研究了断层条件影响下破碎区域的巷道破坏机理，对相应的补强支护技术进行了分析和研究。
关键词：煤矿断层；巷道形变；补强支护技术
当前我国煤矿资源的开发量不断加大，在煤矿巷道的开采深度上也在不断加深。其中很多煤矿巷道都会受到断层以及高地应力所产生的不良影响，有些煤矿巷道在受到侧向的支撑力以及地质构造应力的影响下，产生了比较严重的损坏问题。传统形势下的煤矿巷道支护形式很难实现对深度较深巷道的有效加固，所以该类型的煤矿巷道支护工作已经成为了煤矿开采单位的重点关注问题，相关的研究人员针对断层和高地应力的影响问题进行了深入的研究和分析，通过数值模拟技术对煤矿巷道周围的围岩稳定性进行了保障。
1. 工程概况
通过对我国某煤矿开采单位的工作状况进行了分析和探索，该煤矿开采单位的工作面位于我国某地区的东南部，该地区的东侧为实体煤炭资源，西半部分净宽度为20米与该开采工作面之间处于相邻位置，整个煤矿开采的工作面厚度最高达到了227米，同时平均厚度为186.5米。该煤矿开采工作面在15°的煤层厚度范围在为2.1~5.1米，煤层的倾角为1°~3°，局部的倾角可以达到9°~15°。
2. 断层影响下巷道变形机理
该煤矿开采区域由于受到断层的影响，造成了煤矿巷道产生不良的形变问题。依照现场的实地观测以及钻孔检测，在煤矿运输巷道内部的顶端采煤破坏深度达到了3.5米，煤矿巷道底部的支撑板形变量达到了300~500毫米。因此，必须要对该问题进行有效解决，通过拉底和架设工作之后，通过传统的打点柱补强支护技术来进行操作，发现这种支护方式不能有效的控制巷道产生的形变问题，并且在煤矿巷道开采深度加大之后，顶板的巷道形变量会慢慢降低。在实际的工作当中，如果煤柱和煤柱帮底部的底板形变量超过2米，那么煤柱帮的形变量会超过200毫米。
2.1断层带的影响
在煤矿开采工作当中自重应力和结构应力，属于岩石应力当中重要的构成环节，而断层活动当中对应力所产生的变化有着明显的影响。断层本质上属于一种上拉和下拉式的控制作用，主要是沿着一个平面产生的不良错位所形成的一种地质构造问题，在地质构造的断层位置上，确定煤矿巷道的掘进方向，通过断层以上直接衔接到断层以下。在煤矿巷道的挖掘工作当中，巷道本身受到断层的影响集中在巷道底板区域，在较大的负载压力下和水平应力的作用，巷道底部产生了凸起等不良问题。当煤矿巷道直接穿过破碎带时，因为顶板的破碎程度明显，并且顶板所受到的垂直重力较强，在巷道的周围会产生比较明显的形变作用。当巷道区域穿过破碎带之后因为顶板周围的岩石比较坚硬，在底板的两侧为软弱泥质岩层，在垂直方向上纵向顶板的压力会向底板以下区域传递，会造成底板和巷道之间出现严重的形变。
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2.2煤矿开采活动产生的影响
在煤矿开采工作面的后侧，对横向支撑力和纵向支撑力的分析对比可以看出，在断层工作面的影响条件下，相邻的开采工作面所承受的支撑压力变化比较明显，同时所产生的应力大小主要集中在开采区域的边缘地带。其中在煤矿巷道周围的18米范围内，应力的大小会不断升高，同时受到了该煤矿巷道开采工作面的影响，在该区域段的煤柱会受到比较强大的支撑压力作用。在断层条件的影响下该区域的垂直应力和塑性破坏程度比较明显，同时在断层附近也产生了比较明显的应力集中现象。从实际的地质勘测工作当中可以看出，在煤矿巷道的煤岩下盘所产生的破坏程度比较明显，因此，在该区域当中断层所形成的塑性破坏和之前的支护压力影响都比较大，这一问题直接造成了煤柱和煤柱另外一侧的底板出现比较明显的形变损坏问题。
3. 断层影响下巷道变形补强支护方案
3.1破碎围岩煤巷锚杆(锚索)补强支护稳定机理
在煤矿巷道周围破碎岩体表面，通常情况下表现为应力软化和体积膨胀等特性，岩体应力超过峰值之后仍然会具有比较大的承载力，承载能力会随着应力的增大而减小，同时该应力的大小变化直接表现出了比较明显的软化现象，如果对该问题不进行及时的控制，随着形变量的不断增大，整体的承载能力也会慢慢降低，进而造成了破碎岩体将会进入到强烈的摩擦阶段，最终会造成煤层当中的岩体出现破坏或者是冒顶。
通过锚杆支护技术可以有效提高煤矿巷道周围的安全性和稳定性。
3.2补强支护方案
受到断层的影响在顶板的煤层进行补强支护工作当中，因为在该阶段当中受到断层和煤矿开采工作的影响，在下巷道的破坏机理上主要表现在顶板下沉破碎和煤柱帮压力形变，顶板和煤柱基本上都采用的是锚索梁支护的方法。每两根锚索之间通过钢槽或者是工字钢来进行衔接，钢体的长度为2600mm，锚索支护排列的间距为2000mm，支护规格为cp17.8×8000mm，每两根支护锚索之间通过槽钢或者是工字钢的支护方法来进行保障。
随着周围支护压力的不断增加，在破碎的岩体表面残余应力大小会不断升高，进而大大提高了煤矿巷道周围岩石的稳定性，特别是在之后的高度和支护的应力大小上会随着形变量的增大而不断增大，进而产生了较大的煤矿巷道支护阻力。通过这种维护方式可以充分保证煤矿巷道围岩的稳定性，所以锚杆支护技术对一些形变量较大的巷道支护效果明显。而对于架棚巷道来讲，会随着周围岩体的形变量，自身的承载力会慢慢变小，进而直接造成了周围岩体质量的失控和形变量不断加大，周围围岩的承载力较低进而形成了一种恶性循环，直到整个支护结构被破坏，周围的围岩稳定性大幅度降低。
4. 结束语
本文有效提出了煤矿巷道在断层影响下的一系列支护措施，在煤矿巷道围岩的破坏机理条件下，有效提出了巷道围岩分布支护方案，有效提高了整个煤矿巷道的安全性和稳定性，进而保证了煤矿开采工作人员具有一个更加安全的施工环境。
参考文献：
[1]徐兵.断层影响下巷道变形机理及补强支护技术研究[J].煤炭工程,2018,50(12):50-53.
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[3]江贝. 超大断面隧道软弱围岩约束混凝土控制机理及应用研究[D].山东大学,2016.
论文作者:秦涛,张现刚
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/9/29
标签：巷道论文; 煤矿论文; 断层论文; 应力论文; 围岩论文; 工作面论文; 顶板论文; 《防护工程》2019年第6期论文;