摘要：我国是能源大国，煤炭资源储量极为丰富，但美中不足的是这些煤炭资源中约有70%以上的储量却深埋于地下，这给煤炭资源的开采利用带来了很大的困难以及许多技术上的难题，人们只有通过巷道才能进入地下储煤空间进行开采作业，并将这些煤炭资源输送至地面。很多巷道往往位于地下深处，不仅承受着巨大的地压，面临着复杂的围岩应力，而且还经常受到水、风等破坏因素的侵蚀，在长期的环境影响和开采扰动下，则容易使巷道产生不同程度的开裂、变形、底鼓等现象，甚至出现围岩塌落，严重威胁到了井下巷道作业人员、生产设备和通信、通电线路的安全。我们必须在巷道的设计阶段加以重视，通过优选巷道层位，优化巷道断面设计，加强巷道支护等措施，才能降低相关破坏因素的影响，减少巷道的破坏变形和维修维护费用，确保井下人员、设备安全，生产正常进行。
关键词：矿井巷道；变形破坏原因；设计研究
1复杂巷道围岩破坏特征
1.1复杂巷道类型
按照矿山地质概况、地质条件、围岩的特性、开采情况、机械条件等，复杂巷道分为3类：①软岩巷道。岩石软弱、破碎、松散、膨胀；在巷道中，具有顶板软、底板软和煤层软的特点。②复杂构造巷道。在形成地质的历史进程中，由于岩层构造应力场的作用与变化，产生了诸多断层不一致的大小节理裂隙。在逆断层、向斜、背斜轴部、断层尖灭处都有残余应力存在，对围岩稳定性具有强烈影响。③高应力大变形巷道。深井巷道指埋深大于700m，围岩的压应力、剪应力远远超过能承受的极限值与允许值，使其位于“潜塑性”状况，在围岩产生大变形时支护愈加困难。
1.2围岩变形及结构
（1）由于巷道结构性极差，巷道在不同位置时，出现的裂隙及离层不尽相同，在对受到严重破坏的岩体结构钻孔加固过程中，常伴随塌孔、卡钻等现象。在对围岩位移进行监测时，体现了围岩变形特性及差异性特点。防止围岩失稳、控制围岩变形时，需要事先制定好相关的对策方案，按照相关的规范判断巷道围岩的分类等级，对不同等级的围岩实施不同的控制方案。
（2）巷道围岩在较高的地应力作用下，不同深度上点的位移随时间的变化趋势相同：均随着时间的增大而不断增大。但在经历相同的时间时，在围岩深度较小的情况下（1~4m位置），巷道围岩变形量小，不同深度的位移量相差比较大；在围岩深度较大的情况下（4~6m位置），测得的位移量随着时间的变化完全重合。由此说明，在深度较小（1~4m位置）时，围岩内部的节理裂隙发育，岩体破碎；而在深度大于4m时，围岩碎裂扩容较小，岩体完整度较高，内部离层裂隙不发育，巷道形成了比较稳定的结构。
（3）复杂巷道将会发生严重的破坏，且破裂范围广。这种情况在埋深大时特别明显。深部岩体发生了由脆性向延性转化过程，围岩强度降低了，塑性变形增大，裂隙发展剧烈；受到埋深、应力的不断影响作用，围岩破碎严重，变形加大，出现开裂的情况是时常发生的。根据现场中围岩松动实验数据显示，松动圈范围为4~5m，多则会达到5~7m。
2.巷道变形失稳原因分析
a）巷道埋深大，受高地应力影响。通过应力解除法测试可知，北大巷最大水平应力31MPa，最小水平应力13.5MPa，垂直应力16MPa，巷道测压系数接近1.4，为典型的高地应力状态。原支护方案未充分考虑高地应力对巷道稳定性的影响；
b）巷道支护方式。北大巷原支护方式为锚梁网索支护，支护方案在有效控制巷道顶板与两帮的同时，未能对巷道底板进行有效支护，使得围岩高应力获得释放空间，导致巷道内底鼓现象严重；
c）地下水侵蚀。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆勘探过程中发现，北大巷下部存在含水层，巷道掘进作业与生产时涌水现象突出，但巷道内排水管道布设存在不合理之处，使得涌水排出不及时，增加了围岩同地下水的接触时间，从而极大削减了围岩强度，使得围岩固有承载力降低。同时由于所在围岩为粉砂岩地层，围岩中含有一定量的高岭土与伊利石，这些矿物质同水接触后会短时间内崩解，使得围岩中下部稳定性进一步破坏。
3.巷道设计施工中需要注意的几点问题
3.1注意巷道水患的防治
巷道设计时，首要任务就是要认真分析巷道施工区域的水文和地质情况，合理选择巷道层位，避免在含水岩层中的掘进施工，这也是巷道设计的基本要求；其次还应在巷道设计与施工过程中依据实际情况全面考虑，采取综合措施防治水患。可采取掘进头前超探水的办法，利用钻杆对煤层情况进行探查，密切注意钻孔内的情况，如发现煤岩潮湿变软，钻杆推进变轻的情况，则应立即停止钻进，并密切检测水情，确保无水患危害后再行钻孔前探放水和掘进。为减少消沉水对巷道底板的影响，可在掘进头设置吸水小井，通过排水管路及时排水。另一方面，还应改进掘进施工工艺，在掘进迎头表面喷洒防水剂混凝土浆；巷道成形后，立即采取喷浆封闭措施，减少岩体与空气的接触时间和接触面积，将巷道岩体与空气完全相隔离，从而增强巷道的放水抗变形能力，减少水对巷道围岩的侵蚀破坏。在地质条件和施工条件允许的情况下，还可采取地面钻孔导流疏干底板水的办法，消除和减少矿井水对巷道施工和采掘作业的影响。
3.2优化巷道断面设计，提高围岩自承能力
在巷道断面设计中，首先应确定断面的形状，不同的断面形状由于其几何特性的差异使得其稳定性和承压性也有所不同，常见的巷道断面形状包括：矩形、梯形、圆拱形、半圆拱形等等。每个巷道形状都有其特点和适用范围条件，例如圆拱形巷道具有施工方便、巷道成形好的特点，多用于准备巷道；半圆拱形巷道则具有顶压大、侧压小、无底鼓的特点，适用于开拓、准备巷道和硐室等；梯形巷道则具有顶板暴露面积小的特点，多用于采取巷道。在巷道断面形状的选择设计中，应充分考虑巷道的用途、服务年限，地压的大小和方向，支护方式和支护材料以及掘进方法等等，选择科学合理的断面形状，从而在满足巷道使用功能的同时，确保巷道受力的均衡和结构的稳定。
3.3确保巷道足够的支护强度
目前在巷道支护中常用的支护方式主要有锚杆、锚索、金属网、型钢、喷砼等几种形式，在巷道设计施工中，由于巷道深度大、地压大，地质情况复杂，因此在设计施工中常采用几种支护相结合的方式，来提高巷道的支护强度。锚杆插入岩体可对巷道围岩产生挤压作用，使围岩结构进一步紧压、密实。由于锚杆支护使用简单便捷，对巷道围岩具有良好的锚固作用，因此常作为巷道掘进施工中的基础支护主体。锚杆锚固之后，可采用锚索将锚杆形成的支护体系中的围岩承载层与次生层相连，使其形成更大范围的支护体系，有效调动深部围岩的承载能力。
结语
由于地下环境非常复杂，因而造成巷道破坏变形的原因也很多。我们必须在设计施工阶段做好水患的防治，科学合理设计断面形状及尺寸，并采用正确的支护方式，确保足够的支护强度，才能减少巷道的变形破坏，保证巷道正常使用并降低后期维修维护费用。
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论文作者:黄川江
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/30
标签：巷道论文; 围岩论文; 应力论文; 断面论文; 裂隙论文; 形状论文; 水患论文; 《基层建设》2017年第14期论文;