采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护策略

一、引言

煤炭作为我国能源体系的中流砥柱，长期以来在经济发展中扮演着不可替代的角色。然而，历经多年开采，浅部煤炭资源日益枯竭，煤矿开采向深部拓展已成为必然趋势。深部开采虽能缓解资源短缺问题，但也带来诸多严峻挑战。煤矿深部岩巷围岩长期处于高地应力、高水压与复杂地质构造的恶劣环境中，岩性变化多样，导致围岩失稳事故频发。巷道变形、坍塌等问题不仅严重阻碍煤矿正常生产作业，大幅增加开采成本，更对井下作业人员的生命安全构成巨大威胁。尽管国内外学者已在该领域开展了大量研究工作，取得了一定成果，但随着开采深度的不断增加，新的复杂地质条件和技术难题不断涌现，现有理论与技术在应对深部开采挑战时逐渐显现出局限性。因此，深入探究煤矿深部岩巷围岩稳定与支护策略，不仅是保障煤矿安全生产、提高资源开采效率的迫切需求，更是推动煤矿深部开采技术进步、实现煤炭行业可持续发展的关键所在，具有重大的现实意义与深远的战略价值。

二、煤矿深部开采现状及岩巷围岩失稳的影响因素

（一）煤矿深部开采现状

当前，我国煤矿深部开采规模持续扩大，越来越多的煤矿进入千米深井开采阶段。深部开采环境下，巷道围岩应力状态发生显著变化，呈现出高地应力、高应变、高渗透压的 “三高” 特征。深部巷道开挖后，原岩应力平衡被打破，应力重新分布，在巷道周边极易形成应力集中区域。相关研究表明，在深部高地应力环境下，巷道周边应力集中系数可达 3 - 5，导致围岩变形量大幅增加，部分巷道变形速率可达每天数毫米甚至数十毫米 。

同时，深部岩体的物理力学性质也发生明显改变。岩体的脆性增强，塑性降低，在受到外力作用时更容易发生突然的破坏。此外，深部开采还面临着地热危害加剧、瓦斯涌出量增大等问题。

（二）岩巷围岩失稳的影响因素

1 地质因素

岩性差异：岩巷围岩的岩性是决定其稳定性的关键因素之一。不同岩性的岩体，其矿物成分、结构构造和物理力学性质存在较大差异。砂岩、石灰岩等岩石，由于其颗粒间胶结紧密，具有较高的强度和弹性模量，在一般情况下能够较好地保持自身稳定。而泥岩、页岩等岩石，含有大量的黏土矿物，遇水后极易发生软化、膨胀，强度大幅降低。

地质构造：断层、褶皱、节理等地质构造对岩巷围岩稳定性有着重要影响。断层是岩石受力破裂后发生显著位移的断裂构造，断层附近的岩体破碎，完整性差，应力分布紊乱。当巷道穿越断层带时，围岩极易发生坍塌事故。据统计，在含有断层的巷道中，围岩失稳事故的发生率比正常地段高出 3 - 5 倍。褶皱构造会改变岩体的原始产状，使岩体在不同部位受到不同方向的应力作用，增加了围岩变形和破坏的复杂性。节理发育的岩体，其连续性和整体性受到破坏，在开挖扰动下，节理面容易产生滑动和张开，导致围岩松动和垮落。

2 开采因素

开采深度：开采深度与地应力呈正相关关系，随着开采深度的增加，地应力逐渐增大。研究表明，在一般地质条件下，开采深度每增加 100 米，地应力约增加 2- 。高地应力作用下，围岩更容易发生变形和破坏。当围岩应力超过岩体的强度极限时，岩体内部会产生裂纹并逐渐扩展，最终导致围岩失稳。

开采方式：不同的开采方式对岩巷围岩稳定性的影响不同。长壁式开采是我国煤矿常用的开采方式之一，工作面推进速度、采高、顶板管理方法等因素都会对巷道围岩产生影响。快速推进工作面时，围岩应力来不及充分释放，会在巷道周边形成较高的应力集中，增加围岩失稳的风险。采高过大则会导致顶板垮落高度增加，对巷道支护结构施加更大的压力。

3 支护因素

支护设计不合理：支护设计是保障岩巷围岩稳定的关键环节。如果支护设计不能充分考虑围岩的力学特性、应力状态和工程地质条件，就无法有效控制围岩变形。

支护施工质量差：支护施工质量直接关系到支护结构的承载能力和稳定性。在锚杆支护施工中，锚杆锚固长度不足、注浆不密实会导致锚杆无法有效发挥锚固作用；支架安装时，搭接长度不满足要求、螺栓拧紧程度不够，会降低支架的整体强度和稳定性。

三、煤矿深部岩巷围岩稳定控制理论

（一）围岩应力分布理论

巷道开挖后围岩应力重新分布，圆形巷道在均匀原岩应力场中，周边切向应力最大。但实际工程中，地质构造和开采因素使应力分布复杂，断层、褶皱区域会出现应力集中和偏转，多巷道交叉处应力场相互叠加。支护设计需综合考虑，借助数值模拟和现场监测确定支护方案。

（二）围岩变形与破坏理论

围岩应力小于弹性极限时发生弹性变形，具有可逆性，可据此评估稳定性和选择支护时机。超过弹性极限后进入塑性变形，形成塑性区，通过相关理论可计算塑性区半径，确定支护参数。当应力超过强度极限，围岩发生拉伸、剪切、挤压等破坏，依据破坏理论可预测破坏区域，提前加强支护。

（三）围岩与支护相互作用理论

围岩与支护相互作用，支护限制围岩变形，围岩压力作用于支护结构。合理设计应使二者形成共同承载体系，硬岩巷道可依靠锚杆发挥围岩自承能力，软岩巷道则需联合多种支护方式抵抗围岩压力。

四、煤矿深部岩巷支护技术

（一）锚杆支护技术

锚杆通过悬吊、组合梁、挤压加固等作用提高岩体自承能力。常见锚杆类型中，树脂锚杆锚固快、适应性强；水泥砂浆锚杆成本低，但强度增长慢；全长粘结型锚杆锚固力均匀；预应力锚杆在高地应力下可减少巷道变形。锚杆支护参数设计需根据围岩情况确定，长度一般 2 - 3 米，直径 ，间距 0.8 - 1.2 米，排距 0.8- 1.0 米。

（二）注浆加固技术

注浆加固通过填充裂隙提高岩体整体性和强度，封堵地下水。常用注浆材料各有特点，水泥浆成本低，水泥 - 水玻璃双液浆凝固快，化学浆液性能好但成本高。注浆工艺包括钻孔、注浆、封孔，需控制压力、量和时间。可通过钻孔取芯、声波测试等方法评价注浆效果。

（三）支架支护技术

刚性支架强度高、安装方便，但难以适应大变形；可缩性支架能适应围岩变形，释放压力，适用于深部岩巷。支架支护设计需根据围岩条件选类型和规格，施工时保证安装质量，如 U 型钢支架要注意搭接和螺栓拧紧程度。

结束语

煤矿深部岩巷围岩稳定与支护是保障采矿工程安全高效开展的核心课题，随着开采深度不断增加，新的复杂地质条件和技术难题将持续涌现。未来，需进一步加强多学科交叉研究，融合新材料、智能监测、大数据分析等前沿技术，探索更加智能化、精准化的围岩稳定控制与支护方法，推动煤矿深部开采向安全、高效、绿色的方向持续迈进，为我国能源事业的稳定发展筑牢根基。

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