深部巷道破碎围岩锚注机理与控制技术的深度剖析与实践应用.docxVIP

深部巷道破碎围岩锚注机理与控制技术的深度剖析与实践应用

一、引言

1.1研究背景与意义

随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭，深部煤炭开采已成为保障我国能源供应的必然趋势。我国煤炭资源丰富，其中埋深超过1000m的煤炭储量约占总储量的53%。目前，国有重点煤矿中采深大于700m的矿井有50多处，且开采深度正以每年8-12m的速度递增，如沈阳采屯矿采深达1197m，开滦赵各庄矿采深1159m等。而在国际上，德国2002年平均采深1300m，最大采深1500m，俄罗斯、英国、波兰等国家也有众多超过1000m的开采矿井。

深部巷道开采与浅部相比，面临着更为严峻的挑战。在地质环境方面，深部岩体处于“三高一扰动”（高地应力、高渗透压、高温度和强烈开采扰动）的复杂力学环境。高地应力使得巷道围岩所受压力大幅增加，当岩体应力达到甚至超过岩体强度时，巷道极易发生变形和破坏。如德国鲁尔矿区在1100m深度开采时，巷道宽6m，煤层厚1.9m，底板在24小时内臌起0.8m，煤层移出0.5m；鹤壁矿务局10矿-575水平南大巷（采深725m）支架出现扭曲变形。高渗透压和复杂的水文地质条件增加了巷道突水的风险，高温度则恶化了作业环境，影响设备性能和人员安全。

在开采过程中，深部巷道还存在诸多技术难题。巷道围岩变形表现出速度快、变形量大、范围广以及持续变形、流变等特征，维护难度极大，废弃巷道数量增加。采场矿压显现剧烈，煤壁片帮、端面冒落带高度随采深增加而明显增大，岩爆危险性增加，瓦斯涌出量增大，瓦斯灾害频繁，严重威胁着矿井的安全生产。

在深部巷道破碎围岩控制中，锚注技术具有不可替代的重要性。传统的支护方式如锚喷联合支护、可缩性金属支架、锚喷支护加砌碹等，在深部巷道复杂条件下存在诸多局限性。金属支架虽承载能力较大，但属被动支护，在深部矿井巷道高围压下承载能力仍显不足，且易受风化、地下水作用而削弱岩体强度；锚喷支护因围岩岩体较弱、整体性差，破碎围岩中锚杆锚固力不足，难以有效控制围岩松动范围的扩大，无法形成可靠有效的支护结构。

锚注技术将锚固与注浆技术有机结合，通过注浆将破碎围岩中的裂隙胶合在一起，使破碎围岩固结成整体，形成类似网状骨架结构，提高围岩的整体强度和变形模量，改善围岩变形形态和力学参数，如粘结力、内摩擦角、抗压强度、抗剪强度等。同时，注浆还能起到阻水效果，减少水对围岩的软化、侵蚀作用，为锚杆提供稳定的着力点，然后利用锚杆锚索支护将其固结在巷道深部稳定岩层中，形成大范围的锚固结构，从而有效控制巷道围岩变形，保证巷道稳定。

在余吾煤业公司南轨大巷，埋深约600m，围岩破碎，原锚杆锚索支护出现四周来压、整体收敛、变形强烈，顶板冒落、片帮，锚杆锚索拉伸断裂等问题。采用锚注支护后，有效解决了该巷道破碎围岩的支护难题。在龙岩市北山煤矿，对深部复杂破碎围岩采用注浆锚固技术，优化支护参数方案，并进行现场监测，结果表明锚注支护技术有效地控制了巷道的变形，为实现矿井安全生产奠定了基础。

因此，深入研究深部巷道破碎围岩锚注机理及控制技术，对于保障深部煤炭资源的安全高效开采、降低开采成本、延长矿井服务年限具有重要的现实意义，同时也能为我国煤炭行业的可持续发展提供有力的技术支持，对推动煤炭产业向智能化、绿色化方向发展具有深远的战略意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外对深部巷道破碎围岩锚注机理及控制技术的研究起步较早。在锚固理论方面，20世纪50年代，LouisA.Pajares提出了悬吊理论，该理论认为锚杆的作用是将较软弱的岩层悬吊在坚固稳定的岩层上，如同将重物悬挂在坚固的物体上一样，为早期锚杆支护提供了重要的理论依据。60年代，德国的JohannA.Wolf和美国的EugeneG.Cording等学者提出了组合梁理论，指出在层状岩体中，锚杆的锚固力可使若干薄岩层挤紧，形成组合梁，提高岩层的承载能力，如同将多块薄板组合成一个更厚、更坚固的梁。70年代，澳大利亚的学者提出了组合拱理论，认为在拱形巷道围岩中，锚杆的锚固力可使围岩形成一个连续的压缩带，即组合拱，组合拱具有较高的承载能力，能够有效抵抗围岩压力，这一理论进一步完善了锚固理论体系。

在注浆加固理论方面，20世纪初，国外就开始将注浆技术应用于岩土工程。随着材料科学和工程技术的发展，注浆加固理论逐渐完善。美国学者C.A.J.Fletcher通过大量试验研究了注浆对岩体强度和变形特性的影响，发现注浆可以填充岩体裂隙，提高岩体的整体性和强度，增强岩体的抗变形能力。德国的研究人员在煤矿巷道注浆加固实践中，总结出了根据巷道围岩条件和注浆目的选择注浆材料和工艺的方法，为注浆技术在煤矿巷道中的