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臣 盈 盈 露 天 采 矿 技 术 2 o o 8 g --g 5 期 2 9 影响深部巷道稳定性因素分析 刑文艳 ， 郭文卿 1 ． 黑龙江鸡西矿业集团公司东海煤矿 黑龙江 鸡西 1 5 8 1 0 0 ；2 ．内蒙古伊泰集团有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 0 1 7 0 0 0 摘要 深井巷道 围岩随着开采深度的增加其稳定性也发生 了变化 。文中进行 了深井巷道 围岩稳 定性的 分析 ， 认为影响深井巷道围岩稳 定性的 3个主要因素是 围岩性质、 采深和支承压力， 得到 了根据 围岩性质、 采 深和支撑压力来控制巷道稳定性的结论。 关键词 围岩应力 ； 围岩强度 ； 稳定性 ； 深部开采 中图分类号 T D 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 19 8 1 6 2 0 0 8 0 50 0 2 90 3 An a l y s i s o f i n fl u e n c i n g f a c t o r s o f d e e p r o a d wa y s t a b i l i t y XI NG We n - y a n ，GUO We n - q i n g z 1 ． D o n g h a i C o a l 施肥 o fH e i l o n g ff i a n g ￡ Mi n i n g I n d u s t r y G r o u p C o m p a n y , J i x i 1 5 8 1 0 7 C h i n a ； 2 ． I n n e r Mo n g o l i a Y i t a i G r o u p C o ． ， L t d , Or d o s 0 1 7 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t W i t h mi n i n g d e p th i n c r e a s e the c o u n t r y r o c k s t a b i l i t y h a s a l s o a c h a n g e ． I n thi s p a p e r ， the s t a b i l i t y c o u n t r y r o c k o f d e e p mi n e t u n n e l i s a n a l y s e d ．a n d thi n k s tha t t h e ma i n f a c t o r s i n fl u e n c e t h e s t a b i fi t y o f c o u n t r y r o c k i n d e e p mi n e a r e r o c k p r o p e r t i e s a n d the d e p t h o f mi n e a n d t h e s u p p o p r e s s u r e ，t h e c o n c l u s i o n i s We mu s t c o n t r o l t h e s t a b i l i t y o f c o u n t r y r o c k b a s e d 0 1 1 t h e rec k p r o p e r t i e s a n d the d e p t h of mi n e an d t h e s u p p o r t p res s u r e ． Ke y wo r d s c o u n t r y r o c k s t res s c o u n t r y r o c k s t r e n g t h；s t a b i l l t y d e e p mi n i s 1 概述 随着地下开采深度的不断增加 ，产生工程灾害 的可能性将逐渐加大。 如岩层压力大 ， 巷道 围岩变形 量显著增大、 变形速度快 ， 支架损环严重 ， 巷道翻修 量剧增 ， 巷道维护变得异常困难。由于受高温、 高围 压、高孔隙压力 的影响流变成为深部巷道变形的主 要特征。采场矿压显现剧烈 ， 采场易失稳 ， 易发生破 坏性 的冲击地压 。 据相关 的统计资料表明 ， 随着开采 深度的增加，巷道中岩爆危险性增加、瓦斯高度聚 积， 诱发严重安全事故 的可能性增加。 深部开采条件 下 ， 岩层温度高 ， 作业环境恶化 。 深部巷道 由于受“ 三 高”的影响使得巷道围岩变形呈现 出浅部巷道所没 有 的一些特点 ，对深部巷道稳定性 的研究 已显得尤 为重要【 ” 。国内外的许多科学工作者为此展开 了大 量 的研究[ 2 叫， 也取得 了一定 的成果 ， 但仍有 大量深 部开采问题需要解决 。本文对深部开采 中巷道 的稳 定性进行了研究和分析 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 1 1 作者简介 刑文艳 1 9 7 2 一 ， 男， 内蒙古包头人 ， 工程师， 1 9 9 4年毕业于黑龙江矿业学院采矿工程专业。东海煤矿副 总工程师 。 2影晌巷道围岩稳 定性的主要因素 2 ． 1 围岩性质对深井巷道变形的影响 表 1为从某矿埋深 8 0 0 m石门测 出的围岩变形 量。另据对处在蠕变阻尼 阶段 的 8 1 0 m采深 的巷道 中观测 ， 泥岩、 粉砂岩 、 砂岩巷道顶底板变形速度分 别为 0 ． 7 2 2 mm ／ d ， 0 ． 4 0 6 mm ／ d和 0 ． 0 0 mm ／ d ，依次处 于极不稳定 、 不稳定和稳定状态。 表 1 围岩变形量 岩性 两帮移近量 砂岩 粉砂岩 泥岩 根据原苏联 的研究 ，工作面前方支承压力影响 带 内巷道 的顶板移近量与巷道围岩强度及采深存在 表 2 所示的关系。 由此可见 ， 岩性不同， 采深的影响不 同。在软弱 岩层中，开采深度对围岩变形的影响比对坚硬岩层 的影响显著得多。 在这里 ， 起 内在作用的是围岩应力 与围岩强度 的对 比关系[5 ] 。 当巷道围岩强度较高 ，巷道周边应力低于围岩 长时强度时 ， 围岩处在弹性状态下工作 ， 不会出现破 碎松动区 ， 围岩变形随时间延长和空间增大而衰减 ， 5 3 5 6 3 6 2 一 ～ ～ O O 3 2 4 1 3 O 露天采矿技术 2 0 0 8 年第5 期 表 2 顶板移近量与巷道围岩强度及采深存在的关系 U 啬 U a 非稳定变形 稳定变形 巷道掘进时间 图 1 围岩应 力低 于围岩长 时强度时 的围岩 变形特 ‘陛 特性曲线如图 1 所示。当围岩周边应力大于周边围 岩长时强度 ， 但小于瞬时强度时 ， 巷道周边 出现塑性 变形 ， 围岩破碎， 并伴有体积增大。但由于围岩具有 一 定的强度和 自稳能力 ，以及离开巷道周边后应力 衰减 ， 应力状态变化 ， 破碎松动在一定范围内停止 ， 同时， 巷道变形速度也随时间增长而渐趋稳定【 翻 。 当巷道周边应力超过围岩瞬时强度时，随巷道 掘进 ， 围岩会出现明显破坏 ， 并依次 出现松动 区、 塑 性区和弹性区。 围岩变形表现为明显的流变性 ， 一般 特性 曲线如图 2所示 。这种类型是深井巷道中的主 要类型。在实际工程中常表现为巷道呈周围来压趋 势 ， 升挖后长期不能稳定 ， 变形严重 ， 底鼓量大等。 据 淮南九龙岗煤矿水平大巷观测 ，巷道位移剧增和缓 增时间长达 6 0 ～ 9 0天 ， 有的 1 8 0天尚未趋于稳定。 乩 回 巷道掘进时间 r 图 2 围岩应力高于围岩瞬时强度时的围岩变形特性 2 ． 2 采深对巷道 围岩稳定性 的影响 据对煤系地区测试 如 图 3 ， 随深度增加， 垂深 应力呈线性增加，这样必然导致深部围岩应力的增 高， 以及围岩应力与围岩强度对比关系的变化。 顿巴 斯煤炭科学研究院研究 ，从 6 0 0 IT I 开始 ，采深每增 1 0 0 m， 顶底板移近量增加 1 0 ％～1 1 ％。新汶矿务局 孙村矿斜井及四煤上山巷道实际观测 ，从垂深 5 7 0 m 开始 ， 采深每增加 1 0 0 r n ， 顶底板移近量约增加 5 C 1T I 。 另据开滦矿务局 的统计 ， 随巷道埋深的增加 ， 底鼓巷 道长 占深部巷道总长的比例增加。采深 由4 0 0 m增 加到 1 0 0 0 I n时 ，回采巷道底鼓 比例 由 3 2 ％增加 到 7 0 ％， 准备巷道 由 2 4 ％增加到 5 7 ％， 开拓巷道 由 2 0 ％ 增加到 4 2 ％。深井巷道底鼓已成为影响巷道稳定和 巷道翻修工作量的主要变形形式 。 ＼＼ ＼ ＼ ＼ ＼＼ ＼ ＼ ＼＼ ＼ 0 l U 2 0 3 0 40 5 0 t r ／ M P a 图 3 原岩 应 力与深度 的关 系 2 ． 3 采 动和 支承 压 力对巷道 稳 定性 的影响 在深井巷道 中， 由于高应力作用 ， 围岩多处在破 坏和临界破坏状态 ， 因此， 任何采掘和支承压力的扰 动必然带来巷道稳定性较浅部更敏感的变化。 据统计， 在 5 0 0 1 0 0 0 m埋深的开拓和准备巷道中 ， 巷道失 稳有 7 5 ％是受采动和固定支承压力影响造成的。受 采动和支承压力影响破坏和严重破坏的巷道 占 8 5 ％ 以上。可见 ， 在 5 0 0～1 0 0 0m深度下 ， 采动和支承压 力是影响巷道稳定的主要因素之一。 随着深度的增加 ，支承压力影响范围和强度 明 显增大。新汶矿务局孙村矿观测 ， 6 0 0 m采深时， 工作 面前方支承压力影响范 围平均为 1 0 0 m， 8 0 0 m采深 时， 该范围增大到 1 2 0 m， 且煤柱支承压力沿底板深度 达 3 0 0 m左右 ， 影响范围显著增大， 应力成倍增加。 实践证明， 深部开采靠加大煤柱宽度来保持巷道 稳定是十分困难的， 表 3为巷道埋深与煤柱宽度及巷 道稳定状况的关系。 深井 中， 应以调整开拓布局和巷 道布置， 改变开采程序， 使巷道尽可能避开采动及煤 下转第 3 3 页 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 2 4 6 8 O 2 L u ， 一 一 ／ 一 臣 盈 团 露 天 采 矿 技 术 2 0 0 8 g 5 t 3 3 表 3 哈日高毕三井涌水量估算成果表 注 井区面积 F8 6 ． 0 2 k m z 4 涌水量估算成果评述 采用 3 种方案 2 种计算方法 ， 估算了各井区主采 2 煤层的直接充水含水层段矿井正常涌水量。 经过计算 表4 哈 日高毕四井涌水量估算成果表 注 井区面积 F8 1 ． 5 1 k m z 对比推荐各井区涌水量采用第 3方案结果， 此估算成 果 比较接近矿井生产实际涌水量 ， 这种估算方法应借 鉴推广。其要点 在估算涌水量时， 边界条件的选择； 水文地质参数 的选用 ； 含水层 的概化 ； 水头高度等。 上接第 3 O页 柱等支承压力影响。另外 ，煤柱支承压力对巷道稳 定性 的影响并不是孤立的， 其仍然与围岩性质有很大 关系。 据对某矿埋藏 8 0 0 m煤柱中大巷底板的观测 ， 泥岩、 粉砂岩、 砂岩的围岩变形速度依次为 3 ． 1 5 mm ／ d 、 2 ． 0 0 mm ／ d和 1 ． 4 0 m m ／ d ， 三者 的比值为 2 ． 2 1 ． 4 1 ， 再次说 明岩性在深井巷道稳定性 中的重要作用 。 表 3 深度增加对深部围岩应力与围岩强度的影响 3 结论 1 及时改善和恢复围岩应力状态 ， 减轻围岩破 裂扩展程度， 使围岩保持完整性， 进而达到稳定围岩 的 目的 。 2 深部巷道围岩变形是 围岩应力与围岩岩性 共 同作用的结果．当围岩应力超过 围岩的瞬时强度 时 ， 巷道周边依次 出现松 动区、 塑性区和弹性区 ， 围 岩处于流变状态。 3 深部巷道 围岩变形是 围岩应力 、 采深 、 采动 影响 、 支撑压力以及围岩岩性共同作用的结果。 要想 达到巷道的稳定 ， 必须综合考虑各方面的因素。 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 ， 1 9 9 4 ， 1 2 1 4 ． [ 2 ] 赵延峰， 于志强 ， 朱跃泉 ， 等． 深部煤巷复合顶板锚索支 护技术[ J ] ． 矿山压力与顶板控制， 2 0 0 4 ， 1 2 4 2 8 ． [ 3 ] 王元龙 ， 孙广京． 深井煤层复合顶板控制技术． 深井煤层 复合顶板控制技术 [ J ] ． 中国矿业， 2 0 0 3 ， 1 2 5 3 5 6 ． [ 4 ] 何满潮． 深部开采工程岩石力学的现状及其展望[ c ] ． 见 中国岩石力学与工程学会主编． 第八次全国岩石力学与 工程学术大会论文集． 北京 科学出版社 ， 2 0 0 4 ， 8 8 9 4 ． [ 5 ] 李希勇， 孙国庆 ， 等． 深部巷道围岩工程控制理论及支护 实践[ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 0 ， 2 4 2 5 ． [ 6 ] 杜计平 ， 苏景春． 煤矿深井开采的矿压显现及控制[ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 0 ， 2 3 2 5 ． [ 7 ] 王金华． 试论延伸锚杆对回采巷道围岩的作用机理． 煤炭 科学技术[ J ] ． 1 9 9 4 ， 2 2 1 ．