大采高沿空巷道围岩控制原理研究

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大采高沿空巷道围岩控制原理研究

摘要：巷道围岩与我国矿井开采具有紧密的联系，要想对煤矿事故进行有效避免，提高开采的高效性与安全性，就必须确保巷道围岩的稳定性，对其变形问题进行有效控制。基于此，本文结合巷道围岩控制现状，提出了一种控帮护巷控制原理，并在此基础上根据相关试验，对原理应用、原理应用效果以及原理作用机理等进行了详细分析，旨在通过控帮护巷控制原理的应用，对围岩变形问题进行有效缓解，进而增强矿井开采的安全性，实现我国煤矿业的安全、稳定发展。

关键词：巷道围岩；控制原理；控帮护巷支护

引言：巷道围岩是引发煤矿开采安全事故的重要因素。从现阶段我国巷道围岩控制情况来看，虽然较之前相比得到了明显改善，但是仍然存在一些不足之处，无法对围岩支护需求进行有效满足，因此经常会出现围岩裂缝、围岩变形、围岩破碎以及力学性质减弱等问题，为煤矿开采作业的开展埋下了众多安全隐患。因此对于巷道围岩设计人员来说，应该增强对这些问题的重视，对控帮护巷控制原理进行深入研究，在此基础上对传统的围岩支护方式进行优化、改善，进而提高围岩的稳定性，确保煤矿开采作业可以高效、安全地进行。

1控制原理的提出

笔者在调研以及查阅文献等的基础上，了解到在各种因素的影响下巷道围岩经常会出现大变形的现象，其中变形最为剧烈的为两帮及底板，无法对围岩的稳定性进行有效保障，降低了其的使用性能以及使用寿命。笔者认为，为了对这一问题进行有效缓解，除了要对煤柱尺寸进行改进之外，也需要对巷道支护进行优化设计，进而对围岩力学状态进行有效改善。

经调查显示，我国在对巷道围岩进行支护设计时，通常都是通过4根螺纹钢锚杆对两帮进行支护，由于两帮变形比较剧烈，导致这种支护方式无法对巷道支护强度进行有效确保，因此围岩控制效果较差。随着锚杆支护原理的不断研究，锚杆锚固围岩逐渐出现在了人们的视野当中，将锚杆支护与围岩加固进行了紧密联系，让二者在相互作用的基础上，形成一个完整的承载结构，对围岩应力状态进行改善，进而提高围岩的稳定性与承载能力。

巷道两帮具有基础刚度效应，如果巷道两帮的煤体较为软弱，那么在垂直应力的影响下，就很可能出现变形、破碎以及裂缝等现象。巷帮煤体在发生变形之后，顶板中更大的弯矩和巷道肩角处的相差比较小，并且两帮的基础刚度会为顶板的变形量带来极大影响。对于大采高沿空巷道来说，上区段的回采工作会对掘进前围岩产生影响，导致其松动、破碎，降低了岩体的力学性质。所以在分析锚杆锚固围岩以及围岩基础刚度效应的基础上，本文提出了一种控帮护巷的控制原理，该原理表现为：在加大巷帮锚固支护的密度、深度以及强度等的基础上，提升煤体力学性质，进而增强其基础刚度，利用支护的直接作用，对煤体变形以及煤体破坏等进行控制，对围岩应力状态进行有效改善，进而对围岩的稳定性以及承载力等进行有效保障^[1]。

2控制原理的分析

2.1原理应用分析

为了对控帮护巷控制原理进行充分研究，进而解决围岩变形问题，笔者对控帮护巷控制原理进行了如下试验：将两排锚索以及槽钢梁支护设置在了某巷道两帮处，其中，锚索的长度为5000毫米，上排和顶板之间的距离为850毫米，下排和底板之间的距离为950毫米，锚固的长度为2400毫米，锚固力均在200千牛以上，锚索预紧力均在100千牛以上，通过螺纹钢锚杆对顶板进行支护，其锚杆间的排距是720000毫米，锚固长度是1200毫米，并将钢筋梯以及托盘等和锚杆进行配合使用。同时也在试验段设置了围岩位移监测站，并安装了位移监测仪器，用于对围岩变形状态进行监测。

笔者通过位移曲线了解到，在初期阶段，围岩变形的比较剧烈，并且变形也比较持续。在后期阶段，位移增长率逐渐降低，煤体变形得到了有效控制，并且围岩变形也比较稳定^[2]。

2.2原理应用效果分析

首先，由于对槽钢梁锚索进行了增设，因此提高了巷帮支护的强度与深度，对煤体变形速率以及变形量等进行了明显改善，对巷帮的稳定性进行了保障。其次，通过对控帮护巷控制原理进行运用，对顶底板的变形问题进行了缓解，经试验表明，顶板的变形量由原来的98毫米到173毫米之间下降到74到88毫米之间，平均变形率由原来的1.4到2.4毫米每天下降到1.2到1.5毫米每天；底板变形量由原来的240到522毫米之间下降到177到212毫米之间，平均变形率由原来的2.5到8.1毫米每天下降到2.9到3.6毫米每天。再次，在控帮护巷控制原理应用的基础上，围岩变形问题得到了明显改善，进一步增强了围岩的稳定性。最后，在试验分析的基础上，利用控帮护巷控制原理，能够降低两帮变形的幅度，对巷帮大变形进行有效控制，并且由于受到基础刚度效应的影响，可以对底板下沉以及底鼓变形等进行有效控制^[3]。

2.3原理作用机理分析

，利用控帮护巷技术，能够增加两帮锚固深度以及两帮支护强度，对围岩力学状态进行明显改善，促进了围岩向锚固承载体的转变。同时，大幅度提高了煤体力学性质，使得煤体刚度得到了增强，并且在基础刚度效应的基础上，对围岩应力状态进行了改善，对围岩变形、顶底板变形以及两帮变形等进行了有效控制。

第二，利用锚索加强支护，可以增加支护强度，增加围岩锚固深度，并利用基础刚度效应对顶底板变形问题进行有效抑制，大幅度提高了围岩的稳定性。

第三，在不改变原来支护方式与密度的基础上，可以利用4根长锚杆加深围岩锚固深度，在此基础上扩大其作用范围，提高围岩的承载能力，并利用基础刚度效应对围岩进行有效控制。

结论：总而言之，本文结合我国现阶段巷道围岩的支护现状，提出了一种控帮护巷支护原理，并在试验的基础上，分析了该原理的应用效果，证明了该原理的可行性，为后续巷道围岩支护工作的开展提供了参考依据。科学研究是永无止境的，对于巷道围岩设计人员来说，应该在明确围岩支护现状的基础上，对控帮护巷支护原理进行深入研究，可以从岩体力学性质、锚杆支护机理以及锚索支护机理等方面入手，在此基础上对巷道围岩支护进行不断创新完善，进而有效缓解围岩的大变形问题，提高围岩的稳定性与承载能力，为煤矿开采人员的生命安全保驾护航。

参考文献：

[1]蒋力帅. 工程岩体劣化与大采高沿空巷道围岩控制原理研究[D]. 中国矿业大学(北京), 2016.

[2]代进, 王春耀, 李逢祥. 大采高小煤柱沿空巷道大变形机理与支护技术研究[J]. 煤炭工程, 2018(3).

[3]李萌. 柳家庄煤矿大采高综采沿空留巷围岩控制技术研究[D]. 中国矿业大学, 2014.