深部高应力煤矿巷道围岩变形机理与精准支护优化策略

引言

随着煤炭开采深度逐年增加，地应力水平显著升高，巷道围岩承载状态复杂多变，围岩失稳及支护破坏问题日益突出，成为制约深部煤矿安全高效运行的重要因素。相比浅部巷道，深部巷道更容易出现围岩大变形、片帮、底鼓、断裂滑移等典型失稳现象，其背后不仅涉及围岩力学性质变化，还包括构造应力场干扰、采掘扰动及支护系统响应等多重耦合作用。在此背景下，传统以“重支护+被动补强”为特征的刚性支护体系已难以满足深部巷道变形控制需求，往往导致维护成本高、周期短、灾害多等一系列问题。因此，厘清围岩变形的主导机制，探索适应高应力环境下的精准支护体系，已成为深部煤矿巷道建设的关键课题。本文将从围岩变形特征与演化机制出发，结合典型案例和现场规律，提出差异化、动态化的精准支护优化思路，力求为深部矿井安全掘进与维护提供理论支持与工程路径。

、深部高应力巷道围岩变形特征及成因机制

深部巷道围岩的变形具有与浅部完全不同的表现形式，主要体现为剧烈收敛、塑性扩容、应力转移快速及卸荷破坏显著等特征。受原岩高地应力主导作用，围岩在开挖扰动后迅速产生应力重分布，导致局部塑性区扩展，围岩强度迅速衰减。在一定时间滞后后，围岩会表现出持续变形、缓慢蠕变乃至突发破坏的演化路径，且其变形响应与初期支护时间和形式密切相关。现场资料表明，当围岩应力水平超过其长期强度 30% 以上时，即使未出现显著开裂，仍可能因潜在微裂隙扩展而引发结构松弛，演化为不可逆的破坏过程。

从构造层面分析，断裂带、褶皱带以及应力集中区是围岩变形活跃区，围岩在构造应力场叠加作用下，抗剪强度降低，表现出沿构造弱面滑移、剪切和剪胀的不稳定行为。此外，煤层开采诱发的卸荷扰动也加剧了围岩的时效性破坏。实践中发现，某些深部软岩巷道即便采用加强支护措施，在初期稳定后仍会发生延迟性大变形，其根本原因在于围岩结构自身存在的“损伤-扩容-破坏”链式响应。因此，深部高应力巷道的稳定控制不能仅依赖经验判断，而需通过理论建模、现场监测与演化机制分析进行系统性评估。

二、传统支护方式在高应力条件下的适应性问题

传统煤矿巷道支护大多采用“锚杆+钢带”组合方式，辅以局部钢架支护，其理念强调刚度抵抗、全断面包络与单一时间点支护。然而在高应力环境中，这类支护体系面临显著适应性缺陷。一方面，刚性结构在围岩持续变形过程中易受集中应力挤压，产生局部剪切破坏、螺栓拔出或钢带屈曲，降低了整体支护能力；另一方面，支护系统缺乏主动调节机制，无法随围岩应力释放过程动态调整支撑状态，导致“过早刚化”现象突出，反而阻碍围岩能量释放与稳定过程。

此外，传统支护设计普遍忽视围岩与支护结构间的协同作用，未能充分考虑软弱夹层、含水率高、蠕变性强等围岩特殊性能，尤其在复杂地质条件与多源扰动影响下问题更为突出。例如，对于具有明显蠕变性的泥岩、砂岩巷道，静态支护体系难以承受长期变形，极易出现支护系统整体“悬空”或“脱层”失效。部分矿井为应对大变形问题增加支护密度，但在未改变结构受力特征前提下，强度堆砌往往收效甚微。由此可见，深部高应力巷道需跳出传统刚性支护模式，转向以“适应-协调-延性”为导向的精准支护理念，才能真正适应复杂应力场下围岩稳定控制的实际需求。

三、精准支护技术体系构建与实施路径

精准支护本质上是一种以围岩力学响应为核心驱动、结合空间分区、时间演化和材料性能匹配的动态支护理念。其目标在于通过围岩信息的实时采集与分析，确定最优支护参数与结构形式，实现“因地制宜、按需支护、持续调控”的系统性控制策略。该体系的构建应从以下几个方面展开：

首先是信息化监测平台的搭建。通过布设地应力传感器、围岩变形监测点与锚杆载荷仪，实现巷道应力-变形-支护响应数据的采集与可视化管理，为后续支护优化提供客观依据。其次是支护结构的柔性升级。应结合围岩等级与破坏类型选择具有一定延性和适变能力的锚杆、锚索与锚固剂，如采用高伸长率锚杆、剪切释放型托盘、摩擦锚等产品，以吸收围岩释放能量，避免支护构件脆性断裂。

再次，精准支护强调支护系统与围岩协同变形，应推广“强支护-缓释放”协同理念，即在变形初期快速形成围岩控制框架，在后期通过结构缓冲适应围岩蠕变或扩容行为。最后，支护参数应采用“实时更新”模式，依据监测数据动态调整锚杆间距、长度与排布方式，形成“刚柔并济、强弱结合”的混合支护系统，提高围岩稳定性与支护经济性。

四、深部煤矿巷道支护工程优化建议

针对当前深部巷道支护存在的问题，应从设计、施工、管理三方面入手，推进支护工程优化。设计层面，建议在初设阶段即引入围岩稳定性分区模型，结合地质雷达、钻探成果与原位应力测试，建立“围岩质量-应力级别-支护响应”三元耦合图谱，明确不同区域应采取的支护模式与材料选型。在施工阶段，应规范支护作业工艺流程，控制钻孔偏斜、锚固深度与注浆饱和度等关键环节，确保支护结构与围岩紧密贴合，避免因操作不当引发支护空洞或弱化区。

管理方面，应强化支护全过程质量追溯机制，引入数字化施工记录系统，实现支护参数、施工过程与变形结果的关联分析，为后期异常判断与复核提供数据支撑。同时，建议建立“支护性能再评估”制度，在巷道掘进后一定周期内，根据围岩变形趋势及时评估支护系统完整性，并依据评估结果实施增设或调整措施，形成动态化“支护—反馈—优化”的闭环管理模式。通过上述策略的实施，可显著提升深部煤矿巷道的支护可靠性和维护效率，为深地资源安全开采提供坚实支撑。

结论

深部高应力煤矿巷道围岩变形具有复杂性与突发性，传统支护体系在高地应力条件下逐渐暴露出承载机制单一、柔适性差、响应滞后等弊端。为有效应对深部围岩变形风险，必须深入分析其破坏机理，从材料、结构、施工及管理层面构建多维精准支护体系。通过信息化监测引导支护设计、弹性材料适应围岩变形、施工过程质量管控及动态反馈调整机制，可显著提升巷道稳定性与使用寿命。未来应进一步加强现场实测与理论建模耦合，推动精准支护理念在深部煤矿中标准化、系统化应用，为深地煤炭资源安全绿色开采提供强有力保障。

参考文献

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