维普资讯 http://www.cqvip.com 井巷工程破坏原因分析与防护 郑爱珍 （鹤煤集团公司－－ｇ．・鹤壁４５８０２０） 摘 要 目前，矿山压力理论及监控手段尚不完善，很难精确地求得地压的数值和作用，以致部分 巷道支护欠妥，危及安全，影响生产。然而如何才能杜绝或减少这种现象地发生呢？文中论述了掌握和 分析巷道破坏的显现特征、原因及机理，采取有效的途径和有力地措施，加以防范。 关键词井巷破坏防治 中图分类号ＴＤ８０３ 文献标识码Ｃ 文章编号１００４—４０５１（２００２）０６—００６８—０２ ＲＥＡＳＯＮＳ ＦＯＲ ＢＲＥＡＫＡＧＥ ＯＦ ＵＮＤＥＲＧＲＯＵＮＤ ＳＴＯＰＥＳ ＡＮＤ ＧＡＮＧＷＡＹＳ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ Ｚｈｅｎｇ Ａｉｚｈｅｎ （Ｈｅｂｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐｌｅｘ，Ｈｅｂｉ ４５８０２０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔＯ ｉｎｐｅｒｆｅｃｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｎｅｘａｃｔ ａｗａｒｅｎｅｓｓ ｏｆ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｏｆ ｓｔｏｐｅｓ ａｎｄ ｇａｎｇｗａｙｓ ａｒｅ ｓｏｍｅｔｉｍｅｓ ｎｏｔ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈａｔ ｃａｕｓｅｓ ｂｒｅａｋａｇｅ ｏｆ ｓｔｏｐｅｓ ａｎｄ ｇａｎｇｗａｙｓ．Ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｒ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｂｒｏｕｇｈｔ ｂｙ ｂｒｅａｋａｇｅ ｏｆ ｓｔｏｐｅｓ ａｎｄ ｇａｎｇｗａｙｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｍｕｓｔ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｃｌａｒ ｕｎｄｅｒｓｔｅａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｐｒｅ－ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｉｍｐｅｎｄｉｎｇ ｂｒｅａｋａｇｅ，ｃｏｒｒｅｃｔ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｏｆ ｒｅａｓｏｎｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｔｏｐｅ ａｎｄ ｇａｎｇｗａｙ，Ｂｒｅａｋａｇｅ，Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ 为了采矿需要，必须开掘并维护大量的地下空 间——井巷。就目前来说，维护的方式主要有锚 受到了支承压力及岩层拢动，其形式有三： （１）巷道围岩（支护）强度小于支承应力作 用，随采动呈层状剥落，但巷道移近量并不明显。 喷，架棚和砌碹等几种类型。人们根据不同的条件 及用途，通过上述几种方式的单一实施或联合实 施，绝大部分都达到了各自的目的。但在矿山压力 理论及监控手段尚不完善的今天，实难精确地求得 （２）受采动影响时，巷道（支架）产生大量缩 变，但不冒落。 （３）在采动过程中，伴附着移近量增加，支架 破坏，巷道产生大面积冒落。 综上所述，巷道破坏的外部特征可归纳为四种 一地压的数值及作用，以致部分巷道支护欠妥，在使 用过程中发生破坏，危及安全，影响生产。 １巷道破坏的显现特征 是有明显的移近量，断面缩小但未冒落，二 从整体上说，其显现特征有两大类：一类是动 压区，巷道上履岩层正处于剧烈运动和破坏阶段。 是随断面缩变发生冒落，三是无移近量而冒落，四 是表层剥落。 ２破坏原因及机理分析 另一类是静压区，巷道尚未受采动影响，或是采动 影响已经停息上覆岩层处于稳定状态。 （１）围岩应力的重新分布及作用 静压巷道大致有两种破坏：一是巷道开掘后产 生的周边应力大于围岩强度，岩石随掘即冒。二是 巷道开掘后产生的周边应力小于围岩强度，巷道完 整。但随着时间推移产生大量变形，最后破坏。 动压区巷道的破坏。动压区巷道也有两种，一 种是在动压内即开的巷道，一种是采动影响下的静 巷道开掘后，原始的岩体应力平衡状态被破 坏，造成应力重新分布。在双向等压应力场中，孔 的切向应力沿极径方向衰减，但我们的巷道多不是 圆形，加之不均匀地应力的作用，等应力圆将在巷 道外接圆及以外的围岩中分布。分布的结果反映到 巷道周边，往往是既不均匀也不对称的，产生了一 压巷道。它们的破坏类似于静压巷道，不同的是又 ６８ 系列剪切力面，以致岩石与岩体分离，在巷道周边 中国矿业２００２年第ｌｌ卷第６期 维普资讯 http://www.cqvip.com 发生剥落，并逐渐向纵深发展。这就是脆性岩石产 生层状剥落的原因，是由拉应力和剪应力引起的。 （２）围岩松动圈的对巷道破坏的影响 巷道的开掘爆破，三向应力变为二向应力，不 开始，贯穿施工的各个环节，一直到使用，维护及 报废，实行全过程控制，综合治理，方能达到目 的。 （１）选择合理的巷道位置。在设计巷道布置 时，要综合考虑岩层、岩柱等各种因素，使巷道尽 可能地避开构造带及采动影响范围。 仅使岩体抗破坏强度明显降低，并且产生应力集 中。如果这种变化超过了岩石的强度，将会先在巷 道周边应力集中较大的地区发生变形、破坏。导致 邻近区受力条件更差，继而也行破坏。如此循环， 直至围岩应力小于岩石强度，围岩不再松动和破坏 为止。这样的一个围岩松动、破裂的范围称之为围 岩松动圈。 岩石越软松动圈越大，岩石越硬（强度大）松 动圈越小。松动圈大，巷道的变形量就大，破坏程 一（２）采用卸压护巷。因条件所限确不能满足第 条时，应采取卸压措施，即采用在预定巷道位置 （３）保护围岩完整。假如围岩是完整的，巷道 上方先行回采，将巷道开掘在卸压后岩体内。 就不会破坏。因此，防治的根本要从保持围岩完整 人手，采取措施，减少围岩松动及破碎。如光面爆 破，预留保护层掘进等等。 （４）改善支护结构及性能。支护的目的不仅是 阻止围岩的变形及发展，更重要的是适应一定的变 形及发展。对那些阻止不了的或者不可阻止的变 形，要具有让压、可缩、释能等性能。如采用可缩 性金属支架、巷道周边预留可缩缝等等。 度就高。实质上，松动圈形成和发展的过程就是巷 道破坏的过程。这就是巷道随着时间增长移近量增 大的原因。当摩擦抗力不足抵抗某些岩块的应变 时，岩块就要坠落，继而造成邻近岩块发生冒落， 这就是伴随着移近量增加发生冒落破坏的原因。 （３）岩石的变形特征 改善支护结构及性能。支护的目的不仅是阻止 围岩的变形及发展，更重要的是适应一定的变形及 发展。对那些阻不了的或者不可阻止的变形，要具 有让压、可缩、释能等性能。如采用可缩性金属支 架、巷道周边预留可缩缝等等。 岩石具有在载荷作用下，组成岩石的基本微粒 之间，相对位置发生变化的特征。当作用的载荷不 断增大超过围岩强度或者随着某一恒定载荷作用时 间的增长，便会导致岩石破坏。因为岩石的各种应 力和应变都与时间有关。有时尽管围岩应力小于围 岩强度，但随着时间的增长同样会破坏（蠕变）。巷 道刚掘出，一般都不易立即冒落，而是经过一段时 间才发生的。在各种变形中，岩石的蠕变性对巷道 的破坏危害最大，蠕变是静压巷道破坏的主要原因。 （４）岩层移动、破坏的影响 随着回采面的连续推进，顶板岩层逐渐被破坏 移动，一是给巷道附加了较大的支承载荷，二是使 巷道围岩连带移近。反映到巷道中，某些地段的顶 板岩层局部上升出现“反弹”。而另一些地段的顶 板岩层则受到附加载荷作用而出现“压缩”。两种 现象随工作面推进而相互交替，时张时驰。这是采 动致使巷道破坏的主要原因。对于倾斜、急倾斜煤 层开采下的巷道，这种拢动影响更大（超百米）。 平行于煤层倾向布置的巷道较平行于煤层走向布置 的巷道影响小。前者可随岩层移动在巷道轴向方向 发生整体移动。后者则在巷道断面内移动，周边围 岩受力不均，有压有拉，且移近速度不均衡。致使 岩层沿弱面滑移，这是巷道变形增大最后破坏的原 因。 （５）关于巷道底鼓的防治，采用切缝释压是一 种行之有效的办法。将水沟布于巷中，可释放围岩 底鼓变形产生的压力。 （６）完善巷道矿压监控手段。由此求得其活动 规律，以便合理地确定加固维修设计和施工方法。 （７）选择合理的维护时间及方式。即根据采动 影响引起的不同围岩移动、破坏特征，及时改变支 护方式和调节支护强度。以岩石集中巷为例，当巷 道掘后先行锚喷（基本支护）；当围岩变形发展到 要超过锚喷的允许变形时，架设可缩性金属支架 （二次加固）；当受采动影响时，超前安设阻力较大 的支撑式临时加强支架。对于基本支护，发现破坏 即行加固修复，切不可推延。 （８）加强现场管理，严格施工质量。要严格按 规定的程序和要求施工，健全工程质量控制和监督 手段，特别是工序质量，必须全过程全方位地进行 控制和监测。 （收稿日期：２００２年７月１２日） ■■● ［作者简介］ 郑爱珍 经济师 鹤煤公司二 矿 副矿长 ３防护的途径及措施 为了保证巷道稳定性总体效果最佳，应从设计 井巷工程破坏原因分析与防护 ６９
