邹沙沙
皖北煤电集团朱集西煤矿 安徽省宿州市 234000
摘要：在近年的快速推进高产高效工作面开采实践中,人们注意到工作面开采速度即时间因素对开采力学响应及破坏的影响问题,也即存在时间因素对地下工程围岩的变形及强度的影响作用。因此,研究采动影响下回采巷道围岩变形特点,对于正确认识综采条件下岩层的运动规律,深入研究巷道变形与回采速度之间的关系,促进安全生产,降低生产成本具有重要的现实意义。文章重点就深部高应力下不同巷道掘进速率对围岩稳定性的影响及控制进行研究分析，以供参考。
关键字：深部高应力；巷道围岩；掘进速率；稳定性
引言
沿空掘进巷道作为一种有助于提升煤炭资源回采率的巷道布设形式，确保此类巷道掘设及使用时的稳定性对于提升矿井综合效益意义重大。矿井管理者应当重视相关巷道掘进技术的引进和使用，并积极组织专业技术力量，探索适合矿井自身的沿空掘巷支护工艺，在提升矿井作业安全性的同时为矿井综合效益的提升提供保障。
1工程概述
某矿1205回采作业面下副巷主要用于该作业面的煤炭运输与进风，作业面处于12采区东翼，北侧和东侧与1208未采面相邻，南侧和西侧与1204已采作业面相邻。作业面主采山西组2#煤层，煤层厚度均值6.5m，直接顶为厚度均值1.1m的砂质泥岩，节理裂隙发育；直接底为厚度均值10.2m的砂质泥岩，裂隙较为发育；作业面底板整体呈单斜构造，其中1206下副巷布设于煤层中，沿煤层底板掘进，巷道围岩硬度0.5-1.1，在巷道沿空掘进布设时容易出现围岩不稳的情况。
2深部高应力下不同巷道掘进速率对围岩稳定性的影响
2.1不同加载速率下岩石的破坏特性
影响岩体的力学特性除了岩体的赋存条件以及因施工引起岩体的自然状态的改变，更重要的是工程的作用力，岩体开挖扰动了初始应力场，对岩体是卸载过程同时也是对周围岩体的加载过程，在此过程中，开挖岩体周围处于复杂的加卸荷状态，从而引起应力的重分布，地下掘进过程本质上是围岩复杂应力场空间的转移和发展过程。掘进速率的不同影响了围岩应力转移过程的完整程度，造成了单位时间掘进截深的变化，从而影响了围岩的加卸载过程以及加载速率的变化，造成岩体的损伤演化，而且对岩石蠕变时间也有一定的影响，最终影响了巷道的围岩变形及应力分布。因此，可以对不同加卸速率下岩石的破坏特性及其蠕变特性进行研究，从而反映不同掘进速率对围岩的稳定性影响。国内外学者分别利用不同的材料进行了加载速率效应研究，普遍认为随着加载速率的增大岩石的峰位强度随之增大。相对于常规加载试验，卸荷试验开展较少，针对不同速率下岩石卸荷的破坏试验，普遍采用保持轴压不变，降低围压的的方案，且获得了较好的理论成果。一般认为，在不同的卸荷速率下，试样破坏时的围压也不同，卸荷速率越快，破坏时的围压越小。
2.2不同加卸荷速率下岩石的蠕变特性
岩石蠕变性也是岩石的重要力学特性之一，很多岩石工程问题都与岩石蠕变性有密切关系，针对不同卸荷速率下岩石的蠕变特性，将岩体视为黏弹性体，伴随围岩的加卸荷过程，岩石应变中的弹性部分同步发生，通常意义上讲，加载速率对岩休的弹性变形几乎没有影响，但随着轴压或围压的变化，岩石材料开始进入塑性状态，损伤不断发生，岩石应变开始增大，但其发展需要一个过程，加载速率对岩体力学特性产生影响的原因实质上是岩体变形特性的时间相关关系的表征，从而使得在相同载荷的作用下加载速率越慢，岩体的黏性变形时间就越长，岩体的黏性变形越容易得到充分地发展，总的变形量也就越大、通过对上述不同加卸荷速率常规实验可以看出，不同加卸载速率对岩体力学特性有明显的影响，而且还表现出一定规律性，综合分析如下所示：首先岩石是一种黏弹性体，这种特殊的材料对时间的敏感性起决定作用，加卸载速率越大其黏性变形发展程度越小，塑性变形小，使岩体表现出明显的脆性；其次加卸载速率越大，岩体强度达到峰值前的变形量会减小，屈服阶段很短，且其变形速度比弹性阶段快，从屈服点到峰值几乎在瞬间完成，消耗的能量也就越少，所积累的弹性变形能就越大，同时岩体的变形模量和强度也增大；再次加卸载速率越大，峰位后的应力下降速率也增大，岩体的最后残余应力变小，岩体释放弹性能的能力增强，最终使得岩体发生脆性破坏。相对于实际工程掘进，工作面周围岩体处于不断的加卸荷循环、应力转移的过程，因此在研究掘进速率对围岩力学场的影响时应用岩体的加卸载时效作用是合理的。现场生产中适当提高推进速度，将有利于巷道维护与保持巷道围岩的稳定性。
3深部高应力下掘进速率对围岩稳定性影响的控制分析
3.1沿空掘巷围岩稳定性控制原理分析
结合某矿井下实际生产情况，提出高强锚网索支护工艺加固沿空掘巷小结构的方案。巷道基本支护选用高强度锚网索支护，确保掘进时对围岩实现有效且及时的稳定支护，从而在巷道围岩浅部支护和围岩间形成相互依托的承载体系，构建起巷道围岩小结构与深部围岩大结构间的力学约束，实现浅部围岩应力向深部的有效转移，确保深部围岩的强度。于此同时，在巷道位移中合理布设锚杆并增设护表构件，提升围岩整体承载性，使得支护结构兼具主动加固围岩和柔性让压的双重功效，确保最大限度地发挥围岩自载性能的同时，使得巷道留设煤柱具备一定变形释能的能力，提升巷道稳定性。
3.2支护方案设计
设计1206作业面下副巷采用梯形断面，尺寸为5600mm×3400mm，巷道顶板采用锚网索带支护，巷帮选用锚网带支护。所用锚索为直径17.8mm、长6200mm的钢绞丝锚索，布设排间距为800mm×2200mm。锚索托盘选用U36型钢支撑，尺寸300mm×400mm。所有锚索均使用树脂锚固剂固定；所用W型钢带尺寸为3600mm×180mm；顶板锚杆选用直径20mm、长2400mm的全螺纹等强度树脂锚杆，布设排间距800mm×800mm，帮部锚杆选用直径20mm、长2000mm的全螺纹等强度树脂锚杆，布设排间距800mm×800mm；锚杆使用2支树脂锚固剂进行固定。所用钢筋网尺寸为1900mm×800mm，硬质塑料网规格为12000mm×800mm，搭接长度200mm，网孔规格200mm。
3.3支护效果分析
图1为巷道表面位移量随距掘进头距离变化示意图。
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图1巷道表面位移量随距掘进头距离变化示意图
由图1分析可知，巷道掘设选用锚网索支护后，巷道顶、底板变形在距离巷道掘进头83m处趋于稳定，顶、底板最大变形量为82mm；巷道两帮变形量虽然相对较大，但最大仅140mm并在138mm左右趋于稳定，表明采用上述支护方式后，实现了对沿空掘巷围岩稳定性的显著提升，作业安全性大幅增强。
结束语
综上所述，沿空掘进巷道作为一种有助于提升煤炭资源回采率的巷道布设形式，确保此类巷道掘设及使用时的稳定性对于提升矿井综合效益意义重大。矿井管理者应当重视相关巷道掘进技术的引进和使用，并积极组织专业技术力量，探索适合矿井自身的沿空掘巷支护工艺，在提升矿井作业安全性的同时，为矿井综合效益的提升提供保障。
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