煤矿开采中巷道变形的影响分析

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巷道变形是煤矿开采过程中的突出问题之一，严重影响了煤矿开采效率，更威胁了煤矿开采人员的生命安全。因此，巷道变形问题一直是国内学者关注的焦点问题，研究人员和行业从业者对巷道变形问题的解决措施开展了多项研究，并切实取得了一些研究成果。对现有研究文献进行梳理与分析时发现，对巷道变形影响因素的研究较少，为进一步提高研究水平，本文从该研究视角出发，深入阐述了巷道变形的影响因素和控制方法，具有一定创新意义和理论补充价值。

1煤矿开采中巷道变形的影响因素分析

1．1自然因素自然因素是煤矿开采过程中最重要的影响因素之一，对煤矿开采活动和巷道的影响是多方面的，是导致巷道变形与破坏的主要因素。自然因素包含的内容很多，不同自然因素的影响途径、作用强度有所区别。具体而言，自然影响因素包括以下几点:第一，岩石性质与构造特征。该因素可以被概括为地质环境影响，需要更具体地分析该因素，将其划分为两个方面。首先，岩石性质。岩石的软硬程度是影响巷道变形的主要因素，如果煤矿所处地区的岩石性质较软，更容易出现巷道变形问题，支护难度会变得更高［1］。重要的是，性质较软的岩石出现巷道变形的情况是多元的，即会引发多种形式的巷道变形。如果岩石性质较硬，其自身支撑力更强，出现巷道变形的概率较小，但仍会受到其他因素影响，进而出现巷道变形，岩石性质较硬的地区出现巷道变形引发的后果更严重，处理难度更大。其次，构造特征。构造特征主要指地质构造，煤矿所处区域的地质构造会直接影响巷道变形，如岩层层理、节理及断层等地质构造的存在，会使巷道围岩出现不规则的弱面结构，严重破坏围岩的整体性和持续性，进而影响围岩本身的结构强度和承载能力，从而造成巷道变形。第二，开采深度。开采深度对巷道变形的影响是直接的。具体来说，随着开采深度的不断加大，巷道上覆岩层的厚度不断加大、重量不断提升，给巷道带来的负担越来越重，极大地增加巷道变形的可能性。此外，开采深度还会影响地下岩石温度，开采深度越大，地下岩石温度越高。岩石性质会在高温的影响下发生变化，由脆性转变为塑性，导致硬度降低、性质偏软、支撑能力下降，进而引发巷道塑性变形。第三，岩层倾角。岩层倾角会对巷道变形与破坏形式产生直接影响。具体地说，岩层倾角不同，巷道的受压程度与强度存在很大区别。巷道受力方向、受力强度等造成的巷道变形问题也有所不同。通常来说，处于缓倾斜或水平岩层的巷道，顶板容易出现对称性下沉，两帮变形也较为均匀;而处于倾斜或急倾斜岩层的巷道，容易出现非均匀、非对称的巷道变形情况，两帮变形的强度也远高于顶板。第四，矿井水的影响。水对巷道的影响同样突出，矿井水会加速和加剧巷道变形。具体来说，矿井水的影响途径有以下几种:①对岩石强度的影响。当岩石长时间受到矿井水的冲刷或浸泡时，自身强度会降低，出现岩石软化现象，岩石性质被改变，巷道自然也会受到岩石性质的影响，进而出现巷道变形问题［2］。②对泥质类软岩的影响。泥质类软岩自身性质具有特殊性，在遇到矿井水时会出现泥化、崩角、膨化、碎裂等现象，严重破坏岩石强度，进而引发巷道变形。③对岩石摩擦系数的影响，在矿井水的冲刷下，破碎岩石的摩擦系数会进一步降低，个别岩石和碎块会掉落，进而影响巷道整体性，加剧巷道变形与破坏。④对巷道底板的影响，矿井水可能会侵蚀巷道底板，引起巷道底鼓问题。第五，时间因素影响。时间因素的影响主要体现在岩石性质和地质结构上。具体来讲，在时间因素的影响下，岩石不可避免地会出现风化、侵蚀等问题，进而降低岩石强度。此外，岩石自身具有一定流变性，随着时间推移，岩石流变会越来越严重，当达到一定程度后，巷道周边地质结构就会发生较大变化，进而造成巷道变形与破坏。

1．2开采技术因素除自然因素以外，开采技术的选择与使用也会导致巷道变形。造成巷道变形的开采技术因素主要有以下几点:第一，巷道布置。巷道布置方式有很多，不同的方式会对巷道变形产生不同的影响。例如，受一侧采动影响还是受两侧采动影响、受初次采动影响还是多次采动影响等。第二，留煤柱回采。在留煤柱回采过程中，如果巷道保护煤柱留设不足，可能引起巷道变形与破坏。第三，巷道爆破方式。巷道爆破方式中的某些方式会对巷道产生一定破坏。采取钻眼爆破破岩时，爆破产生的冲击波会对周边岩石产生一定影响。需要注意的是，冲击波对岩石的影响还与岩石自身性质相关，如果岩石自身性质较软，就会出现较严重的松动。以软岩为例，冲击波会使软岩产生1～1．5m的松动圈。第四，支护方式与支护结构。支护方式与支护结构是煤矿开采与巷道建设过程中最重要的部分。煤矿开采过程中，可采用的支护方式与支护结构有很多，常用的支护方式有留煤柱护巷、巷旁浇筑刚性充填带护巷等，不同的支护方式与支护结构适用的范围不同，能否选择合适的支护方式会严重影响支护成效，如果支护结构无法发挥应有的支护作用，巷道就会发生变形［3］。此外，支护掘进方式也是影响巷道变形的重要技术因素之一，如果支护掘进方式选择不恰当，则无法有效规避采煤工作面带来的剧烈采动影响，进而出现巷道变形与破坏。

2煤矿开采中巷道变形与破坏的基本形式

2．1巷道顶板冒落巷道顶板冒落的形式有很多，具体包括以下三种形式:第一，顶板规则冒落。所谓规则冒落，是指顶板的冒落十分工整、平滑，该类顶板冒落主要出现在泥岩、砂质页岩层中，部分含有泥岩夹层的松软岩层也可能出现规则冒落问题。第二，顶板不规则冒落。不规则冒落与规则冒落相反，冒落形状是非常不规则的，导致不规则冒落的主要原因在于顶板处于断层等地质结构破碎带，很难出现规则平滑的冒落。第三，顶板弯曲下沉。顶板弯曲下沉是比较常见的巷道变形问题，在巷道上覆岩层的重量影响下，不可避免地会出现弯曲下沉现象。此类事故多发生在近水平或缓倾斜煤层结构中，受到岩层倾角的影响。上文曾叙述到，在缓斜岩层和水平岩层中，巷道受到的上覆层岩石重量压力更大，更容易出现顶板变形，顶板和两帮变形会变得更均匀;而在倾斜度较大的岩层中，巷道两帮会比顶板更容易出现变形问题，顶板受到的压力有所下降。

2．2巷道底板变形与破坏巷道底板变形与破坏主要有以下两种形式:第一，底板塑性膨胀。底板塑性膨胀是指巷道底板呈塑性鼓起。此类变形问题主要发生在自身强度较低、塑性较高的岩层中，比较常见的岩层是黏土质岩石。第二，底板膨裂。底板膨裂指巷道底板出现明显的鼓起或胀裂，根据其强度不同可以归类为变形或破坏。底板膨裂与底板塑性膨胀的发生原因大体相同，但二者的表现形式完全不同，因为二者所处的地质环境区别很大。在软岩层中，岩石塑性较强，会出现塑性膨胀;在硬黏土岩石层中，岩石硬度高而塑性低，会出现底板膨裂，多表现为明显的岩石裂隙。

2．3巷道两帮变形巷道两帮变形主要有以下三种具体形式:第一，巷道膨帮。巷道膨帮指巷道两帮呈现出规则的鼓起，是一种比较常见的巷道变形形式。此类问题在整体结构或层状结构的岩层、煤层中出现频率较高。第二，巷帮开裂或破坏。巷帮开裂指巷道两帮出现开裂破坏。此类问题主要出现在整体结构的厚岩和块状岩体中。第三，巷帮小块危岩滑落或片帮。该问题指巷道两帮出现一定程度的岩石滑落，其主要出现在地质结构破碎带。

3煤矿开采中预防巷道变形可采取的措施

3．1优化巷道布置优化巷道布置是最根本的预防措施之一，在诸多开采技术因素中，巷道布置是最直接的巷道变形影响因素。基于此，本文提出三点优化巷道布置的有效措施。首先，要合理选择巷道层位、位置。具体地说，在进行巷道设计时，设计人员要尽可能避免集中应力、采动集中应力、煤柱集中应力产生的影响。其次，技术人员可以选择无煤柱护巷方式，随着开采深度的不断加大，煤柱集中应力会不断提高，给巷道带来的压力越来越大，这是无法规避的问题。要有效解决这一问题，可以采用无煤柱护巷方式，通过提高煤炭回收率、采用沿空掘巷技术等方式降低煤柱对巷道的影响。最后，技术人员还可以通过先进的观测技术，寻找合适的点位设置断层煤柱，使巷道能够避开地质构造区，避免复杂的地质构造或地质断层破坏巷道。

3．2改革支护技术与工艺随着煤矿开采技术的不断发展与进步，我国煤矿开采深度越来越深，可开采的煤炭资源范围也在不断扩大，在为经济发展、人民生活提供更多煤炭资源的同时，也给巷道支护带来了诸多难题。煤矿开采技术的飞速发展使原有的支护技术与支护结构逐渐失去适用性，在开采深度不断加大的今天，原有的支护结构已经不能满足当前的开采需求。而要控制巷道变形，又离不开支护结构的帮助。因此，改革与优化支护技术和工艺是控制巷道变形必不可少的措施之一。具体地说，企业可以采用二次支护工艺。二次支护工艺指在初次支护结构搭建完成后，一段时间之后再为巷道加装二次支护结构，在等待的时间内，初次支护结构已经与围岩形成了一定的稳定性，围岩地压得到充分释放，二次支护结构可以对余下的变形围岩起到有效的抵抗作用，进而达到有效的支护效果。

3．3进一步优化设计方法与步骤巷道设计是巷道建设的起始环节，在设计阶段做好巷道变形预防工作，可以有效规避诸多因素的影响，减少巷道变形与破坏的可能性。首先，企业要做好应力与地质评估工作。根据上文叙述，地质环境是影响巷道变形的重要自然因素，而应力存在于地质环境中，是会对巷道产生直接影响的关键因素。因此，要优化设计方法与步骤，企业必须要做好应力与地质评估工作。具体地说，技术人员要对围岩的结构、强度及区内构造应力场等进行详细勘探，收集相关数据，为后续的巷道设计提供数据支持。其次，要合理设计支护参数。研究人员可以根据收集的地质评估数据，选择合适的支护结构，并设计合理的支护参数。为保证支护参数的准确性和有效性，企业可以采用BIM技术等虚拟施工技术，建立虚拟模型，对设计的支护参数进行模拟检测，以保证其支护作用能够有效发挥。最后，要对支护参数进行调整。支护参数设计完成后，不可能完全有效，必然会存在一定的问题与缺陷，使用虚拟技术检测支护参数的根本目的不是为了指出存在的问题，而是要更好地解决支护结构问题。因此，技术人员应将支护参数的调整与优化放在重要位置，通过虚拟技术模拟并发现相关问题后，技术人员要第一时间对其进行调整，并再次进行模拟检验，直至该支护参数符合相关标准。

4结论

综上所述，造成巷道变形的直接因素有很多，还有一些因素虽然不会直接导致巷道变形，但会在一定程度上加剧、加速巷道变形，或影响巷道变形的表现形式。具体地说，煤矿开采中的巷道变形影响因素有自然环境因素和开采技术因素。针对这两种因素及巷道变形的具体形式，本文提出优化巷道布置、改革支护技术、优化设计方法等具体的巷道变形预防策略，围绕提出的策略开展巷道设计与建设工作，可以有效降低出现巷道变形问题的概率，为具体的煤矿开采实践活动提供一定的理论指导。

参考文献:

［1］许磊，祁乐，张庆．深部高地应力巷道围岩变形特征分析与支护应用［J］．山东煤炭科技，2022，40(09):36－38．

［2］毕颖，赵政文．冲击高应力膨胀破碎软岩大变形巷道控制机理研究［J］．煤矿安全，2022，53(07):174－180．

［3］乔志，孙华清，王聪，等．顶煤破坏区采动影响下巷道变形机理与控制技术［J］．煤炭工程，2022，54(06):95－100.

作者:刘强 李峰 马家辉 单位:陕西正通煤业有限责任公司