探討多次采動(dòng)下圍巖破壞機(jī)理及支護(hù)技術(shù)

張衡瑜 張盼博

摘要：本文在筆者多年現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)下結(jié)合理論知識(shí)展開多次采動(dòng)下圍巖破壞機(jī)理及支護(hù)分析，為同行提供參考性意見。

關(guān)鍵詞：多次采動(dòng);圍巖;破壞;支護(hù)

基于本質(zhì)安全生產(chǎn)的全方位質(zhì)量管控已經(jīng)延伸至各行各業(yè)。而煤礦開采作為受限空間的井下隱秘工程作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高、質(zhì)量管控難度大。特別是基于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)型的圍巖異常應(yīng)力危害和井下作業(yè)掏空環(huán)節(jié)的支護(hù)失效。所以煤礦安全主要和圍巖應(yīng)力及井下可燃?xì)怏w抽排息息相關(guān)。作為力學(xué)導(dǎo)向的煤礦綜采工作面頂板支護(hù)的設(shè)備手段和工藝類型上得到了全面發(fā)展，多重機(jī)械化的防護(hù)措施和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的操作規(guī)程雙重保護(hù)下給煤礦開采提供了更高的安全保障?；诖吮疚脑诠P者多年現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)下結(jié)合理論知識(shí)展開多次采動(dòng)下圍巖破壞機(jī)理及支護(hù)分析，為同行提供參考性意見。

一、工程概況

煤層直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤線和13-2煤，厚0～13.1m，均厚4.6m。泥巖為灰色～深灰色，致密，性脆，含大量植物根化石，局部相變?yōu)榉凵皫r;13-2煤以粉未狀為主，含較多塊狀，灰份含量高，屬半暗型煤，局部為炭質(zhì)泥巖。砂質(zhì)泥巖為深灰色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密，性脆，含植物化石，底部灰黑色。煤線為灰黑色，黑褐色，塊狀，片狀，部分地段為炭質(zhì)泥巖。老頂為細(xì)砂巖，厚0～7.8m，均厚1.75m，灰色，成分以長石為主，含石英，粉質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密，脆硬，含植物化石。直接底為泥巖，厚0.5～3.8m，均厚2.2m，深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密，性脆，含植物化石，頂部見泥巖薄層。老底為砂質(zhì)泥巖，厚0.7～5.8m，均厚2.0m，灰色，砂泥質(zhì)膠結(jié)，致密，脆硬，含植物化石，砂質(zhì)含量高。工作面13-1煤賦存穩(wěn)定，煤層為黑色，粉末狀～塊狀，玻璃～油脂光澤，屬半亮型煤，煤層下部普遍發(fā)育一層夾矸，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖，均厚0.6m，煤層總厚0.2～8.8m，均厚6.4m。煤層結(jié)構(gòu)5.0（0.6）0.8，煤層產(chǎn)狀為： 185°～205°∠9°～16°。

2111（3）工作面為二水平東翼C13-1煤層采區(qū)首采面，原設(shè)計(jì)于2014年4月編制。由于工作面生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生變更，現(xiàn)重新編制本設(shè)計(jì)。工作面范圍及鄰近開采情況：2111（3）為二水平東翼C13-1煤層采區(qū)首采面，工作面西起二水平東翼C組采區(qū)上山，東至Fs205斷層。北鄰1161（3）工作面下順槽，南至13-1煤層-780底板等高線。工作面上限標(biāo)高-685.1m，下限標(biāo)高-776.6m。上階段1161（3）工作面已回采。

二、多次采動(dòng)下圍巖頂板管理

1.加強(qiáng)頂板巖性探測。需要根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行50m間隔的頂板結(jié)構(gòu)探測，異常應(yīng)力和巖石破碎帶區(qū)域需要加密監(jiān)測，且綜合探測深度需大于10m。相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)基于巖石力學(xué)所涉錨索孔觀察、收集迎頭頂板巖性施工所需的作業(yè)規(guī)范，而如若發(fā)現(xiàn)巖層不穩(wěn)定或者巖性相變較大需要及時(shí)調(diào)整作業(yè)手段。必要時(shí)應(yīng)當(dāng)停止相關(guān)操作，確保隧道本質(zhì)安全。

2.而針對(duì)復(fù)雜斷層破碎帶以及構(gòu)造強(qiáng)烈區(qū)域，需要檢測地應(yīng)力異常和圍巖是否松軟。確保圍巖支護(hù)條件滿足相應(yīng)規(guī)程。并優(yōu)選加密錨桿、全長錨固、錨索錨固、注漿及架棚等多維方式進(jìn)行立體加固，全面確保特殊支護(hù)手段受用完善，支護(hù)延展正常。且全程應(yīng)力受控。

3.進(jìn)一步需要強(qiáng)調(diào)特殊施工現(xiàn)場的外界環(huán)境因素探討。避免淋水、地質(zhì)構(gòu)造變化或巷道圍巖應(yīng)力擾動(dòng)導(dǎo)致的巷道頂板異常。所以施工結(jié)束后應(yīng)采取抽樣檢驗(yàn)的方式進(jìn)行施工區(qū)不同施工節(jié)點(diǎn)的勘察性回查，確保施工質(zhì)量及支護(hù)安全。

4.施工過程中巷道斷面（寬度、高度）超過設(shè)計(jì)斷面300mm以上時(shí)，必須及時(shí)補(bǔ)打錨桿（索），并保證網(wǎng)（帶）緊貼頂、幫壁面。（集政【2011】244號(hào)）

5.錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)頂部錨桿、錨索必須緊跟迎頭，嚴(yán)禁滯后。幫部錨桿滯后頂部不得大于2排。幫部煤巖松軟易片幫時(shí)，幫部錨桿緊跟迎頭。嚴(yán)禁使用支護(hù)錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)等起吊設(shè)備或懸掛重物。

三、多次采動(dòng)下圍巖支護(hù)技術(shù)

隨著我國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，已慢慢進(jìn)入深井建設(shè)時(shí)代。煤礦在開采過程中，由于地處較深，極易受到地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件的干擾，井下工作人員時(shí)刻面臨煤層塌陷的安全威脅。一旦煤層塌陷，深井工人的生命將受到嚴(yán)重威脅，也給煤礦企業(yè)造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

復(fù)雜地質(zhì)重力作用下頂板壓力平衡不穩(wěn)定。不均勻分布的壓力將直接影響到巷道、周圍煤體和工作面。超過道路和頂板的承載能力會(huì)導(dǎo)致頂板下垂和支架回縮問題。嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生頂板塌陷、頂板塌陷、道路塌陷。而基于多次采動(dòng)下圍巖破壞機(jī)理前提下在成本最省原則框架下，可以首先選定錨桿支護(hù)和可縮性支架支護(hù)方式進(jìn)行全方位預(yù)控，具體細(xì)則如下：

1.錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)是利用鋼筋的張力和剪力特征在預(yù)設(shè)一定深度的多維巖石應(yīng)力補(bǔ)充改造方法，具體技術(shù)方案為核算圍巖巖性及上覆地層壓力，在一定形態(tài)（拱面）的受力分析下掏空一定容積的巖石需要的補(bǔ)償力支撐，而在一定外力支撐上，采用桿體、托板方案進(jìn)行多角度抗剪、抗拉功能性實(shí)現(xiàn)，以確保上覆圍巖安全穩(wěn)定。需要注意，運(yùn)用托板可以配合一定深度的錨桿最大化補(bǔ)償巖體受力面，在點(diǎn)支撐受力均衡的前提下避免不穩(wěn)定和圍巖節(jié)理裂隙的干擾，避免一系列不同程度的土塊和巖石下落，掏空層以及巖石滑脫傷害。

2.可縮性支架支護(hù)技術(shù)

支護(hù)作為地下道路的重要組成部分，可視為輔助工程，在此工程的協(xié)助下，提高了井下作業(yè)的安全性，保障了所有開采活動(dòng)的順利進(jìn)行。因此，在道路支護(hù)施工中，必須從安全、施工效率等多個(gè)角度對(duì)支護(hù)進(jìn)行分析。只有這樣，建筑支撐才能在實(shí)踐中發(fā)揮最大的作用。一般來說，主動(dòng)支撐的使用意味著高強(qiáng)度支撐技術(shù)的加強(qiáng)。當(dāng)?shù)缆分車膸r石地塊受到較大的應(yīng)力，導(dǎo)致其變形時(shí)，在安裝伸縮支架時(shí)，施加其承載的應(yīng)力，以加強(qiáng)對(duì)外部應(yīng)力的抵抗力，防止道路出現(xiàn)病理問題，提高安全性。和道路安全。該技術(shù)的主要原則是：通過支護(hù)應(yīng)力補(bǔ)償一定的垂向應(yīng)力，保證垂向應(yīng)力在巖體可接受的范圍內(nèi)，為井下作業(yè)人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

四、結(jié)語

綜上所述，多維導(dǎo)向下的安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)到“人、機(jī)、物、法、環(huán)”而運(yùn)用安全管控的原理性和系統(tǒng)性能將頂板層面這種單一的危害模式進(jìn)行分解，將技術(shù)類別的核算和工程類別的質(zhì)量監(jiān)控進(jìn)行結(jié)合，在安全穩(wěn)定的框架下執(zhí)行內(nèi)部監(jiān)管。運(yùn)用科學(xué)合理的定量見解將井下工人的安全性進(jìn)行維護(hù)，全面而健康的保障多維導(dǎo)向下的煤礦本質(zhì)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳超， 姜勇， 苗洪海，等. 低滲透油田壓裂技術(shù)及發(fā)展趨勢探討[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量， 2019， 039（004）：247-248.