随着煤矿开采深度不断下延,深部高应力软岩巷道围岩控制问题愈发突出。这类巷道表现出大变形、强流变、难维护的工程特征,常规支护方式往往失效,严重威胁矿井安全生产。本研究聚焦该问题,系统分析其变形破坏机理,并针对性提出协同控制技术体系。
深部高应力软岩巷道围岩变形是多种因素耦合作用结果。一是高地应力环境,原岩应力高,以构造应力和自重应力为主,远超围岩强度。二是软岩物化特性,泥质岩类矿物含量高,遇水易软化、膨胀、崩解,力学性能急剧劣化。三是开挖扰动效应,掘巷破坏原岩平衡,应力重新分布,形成高偏应力集中区,促使围岩塑性区持续扩展。四是支护结构匹配性差,传统刚性支护难以适应大变形,常因强度不足或柔性不够而过早失效。其变形过程呈现明显阶段性:初始变形快,流变变形持续时间长,最终可能因支护体破坏而失稳。
针对上述机理,单一控制手段效果有限,必须采取“卸-固-支-补”协同控制技术路线。首先是“主动卸压”,通过巷道断面优化(如采用马蹄形、圆形)、钻孔卸压或切槽卸压技术,转移或降低围岩集中应力,改善围岩受力状态。其次是“加固固圈”,采用深浅孔结合的全长预应力锚索(杆)支护,配合注浆加固技术。注浆浆液可渗入围岩裂隙,胶结破碎岩体,提高围岩自承能力和整体性,形成有效承载圈。再次是“柔性让压支护”,在锚网索基础支护上,采用可缩性U型钢支架或具有恒阻大变形特性的锚杆(索),允许围岩在可控范围内变形释放部分能量,避免支护体脆性破坏。最后是“补强与监测”,在关键部位如底板、角部采用封闭式支架或反底拱控制底鼓,并建立全断面位移、锚杆受力在线监测系统,实现动态信息反馈与支护参数优化。
协同控制核心在于各种技术时空上的有机结合。时间上,遵循“及时支护、先柔后刚”顺序,开挖后迅速施作锚杆网与可缩支架提供初期让压,待变形趋稳后实施注浆与预应力长锚索强化。空间上,形成“表层喷层封闭-浅部锚网支护-深部锚索注浆加固-外层可缩支架”的立体协同承载结构。该技术体系在多个深部矿井试验应用表明,巷道围岩变形量降低约50-70%,维护周期显著延长,取得了良好的技术经济效果。