深部矿井建设中的高地应力环境适应性井巷支护理论研究

深部矿井建设中的高地应力环境适应性井巷支护理论研究

谢峰

身份证号码：340621198111253318中煤第七十一工程处有限责任公司

摘要：随着矿井开采深度的不断增加，高地应力环境对井巷支护的影响日益显著。本文深入构建了适应性井巷支护理论框架，并基于该框架提出了相应的支护策略，包括控制围岩稳定性、选择技术与支护材料与优化施工与支护设计等策略。研究结果表明，高地应力环境下的井巷支护应综合考虑围岩稳定性、支护材料性能及支护技术选择等多方面因素，以实现安全、高效、经济的支护效果。

关键词：高地应力环境；井巷支护；适应性支护理论

随着矿产资源开采深度的不断延伸，高地应力环境对深部矿井井巷支护构成的挑战愈发严峻。井巷作为矿井的生命线，其稳定性直接关系到矿井的安全生产和经济效益。因此，深入研究高地应力环境下井巷支护的适应性理论，对于确保矿井安全生产、提高开采效率具有重要意义[1]。本文旨在探讨构建适应性支护理论框架，并提出相应的支护策略，以期为深部矿井的井巷支护提供理论支撑和实践指导。

一、适应性井巷支护理论框架

（一）支护理念与原则

支护理念的核心在于强调井巷支护与围岩之间动态的相互作用，它并不仅仅将支护结构视为防止围岩变形和破坏的被动屏障，而是将其视为与围岩协同工作的关键部分，通过合理设计和实施，与围岩共同分担地应力，从而显著提升围岩的整体稳定性。在支护原则方面，始终将围岩稳定性置于首要位置，这意味着在设计支护方案时，必须深入了解并充分考虑围岩的物理力学性质、应力分布及状态等因素，从而选择最恰当的支护方式和参数。同时，坚持“早支护、强支护”的原则，这意味着在围岩尚未发生明显破坏之前，就应及时施加支护结构，以确保足够的支护力能够迅速而有效地作用于围岩，防止其进一步变形和破坏。此外，还要特别关注支护结构的可缩性和耐久性，以确保其能够在长期的高地应力环境下持续有效地工作。这些原则为支护设计提供了坚实的理论基础和明确的指导方向，确保支护结构能够真正提高井巷的稳定性。

（二）支护材料与技术

对于材料选择，高强度、高刚度以及耐腐蚀性是不可或缺的考量标准，这些材料不仅保证了支护结构的稳固性，还能在恶劣的地下环境中保持长久的性能。例如，高强度锚杆和预应力锚索，它们凭借出色的力学性能和耐久性，成为了支护结构中的关键元素。而金属网则以其优良的柔韧性和抗腐蚀性，为支护体系提供了额外的安全保障。在支护技术方面，必须根据具体的高地应力环境来选择合适的支护方法。对于岩石强度较高、裂隙发育的地层，锚杆支护和锚索支护技术因其能够深入岩层，提供强大的内部支撑力，而被广泛应用。而对于破碎岩层或软岩地层，注浆支护技术则因其能够填充岩层裂隙，增强岩层整体稳定性而备受青睐。在选择支护技术时，还需要考虑其施工便捷性、成本效益以及对围岩变形的适应性，确保支护方案既经济又高效。通过精心选择支护材料和技术，可以为井巷提供更为稳固的支撑，确保其在高地应力环境下的安全性。

（三）支护设计与施工

在设计阶段，依赖于详尽的地质勘察和现场实时监测数据，对井巷的围岩稳定性进行全面而准确的评估。这些数据不仅揭示了围岩的物理力学性质、应力分布状态，还提供了井巷周围地质环境的动态变化信息。基于这些宝贵的信息，能够根据支护原则，精准地确定支护方式和参数，从而确保支护结构能够充分发挥其作用。在设计过程中，要特别强调支护结构与围岩之间的相互作用和协调变形，支护结构并非简单地施加在围岩上的外力，而是与围岩共同构成一个完整的系统，两者相互作用、相互影响。因此，在设计中，应该充分考虑支护结构对围岩变形的适应性，以及它们之间的力学平衡关系，确保支护结构能够有效地提高井巷的稳定性。进入施工阶段后，应严格遵守设计要求和施工规范，确保每一道工序都符合标准。同时，加强施工现场的管理和监测，确保施工过程中的每一个环节都在掌控之中。通过及时发现并处理可能存在的问题，确保了支护结构的质量和稳定性，从而使其能够满足设计要求和使用需求。

二、高地应力环境适应性井巷支护策略

（一）控制围岩稳定性

在极端地质条件下，岩石承受着极高的压力，其应力状态错综复杂，极易引发围岩的破坏和不可预测的变形。为了有效应对这一挑战，不仅要着眼于降低围岩的应力集中，更要致力于增强围岩的整体强度。加固和稳定处理是实现这一目标的重要手段。通过注浆技术，可以将浆液注入破碎岩层中，填充其裂隙和空隙，从而增强其整体性和稳定性。同时，锚杆和锚索作为关键的支护工具，能够深入岩层内部，提供强大的支撑力，有效固定稳定岩层。此外，支护网等结构也能在围岩表面形成一层保护屏障，进一步增强其整体稳定性[2]。然而，这些措施并非一成不变，需要根据围岩的实际情况进行动态监测和评估，及时调整支护策略。只有这样，才能确保围岩的稳定性得到长期有效的控制，为井巷工程的安全稳定提供坚实保障。

（二）选择技术与支护材料

在技术的选择上，必须紧密结合井巷所处的具体地质条件和岩石特性；在坚硬且裂隙发育的岩层中，锚杆支护和锚索支护技术因其能够深入岩层，提供强大的内部支撑力而备受青睐。而对于破碎或软岩地层，注浆支护技术则凭借其能够有效填充岩层裂隙，增强整体稳定性的优势成为首选。在材料的选择上，更应注重其强度、刚度和耐腐蚀性。高强度锚杆和预应力锚索等材料因其卓越的力学性能和耐久性，在支护工程中发挥着至关重要的作用。金属网等结构材料也因其良好的柔韧性和抗腐蚀性，为支护体系提供了额外的安全保障。同时，还应综合考虑材料的成本效益和长期稳定性，确保所选材料既经济又实用，能够持久地维护井巷的稳定与安全。

（三）优化施工与支护设计

在设计阶段，必须基于详尽的地质勘察和实时的现场监测数据，对围岩的稳定性进行精确评估。这一评估不仅涉及岩石的物理力学性质，还包括地应力的分布和变化，以确保支护方式和参数的合理性。设计过程中，需要充分考虑支护结构与围岩之间的相互作用。这意味着不仅要关注支护结构本身的强度，还要关注其与围岩的协调变形能力。通过精心设计，可以确保支护结构能够有效地提高井巷的稳定性，减少围岩的变形和破坏。施工方案的制定同样重要，需要确保施工过程中的每一个步骤都严格遵循设计要求和施工规范。同时，加强施工现场的管理和监测，能够及时发现并处理可能存在的问题，从而确保施工质量和安全。在施工过程中，还应根据实际的施工情况和监测数据，对支护设计进行动态调整和优化[3]。这样做不仅能够提高支护结构的效果，还能确保其持久性和稳定性，为井巷的长期安全运营提供有力保障。

三、结论

本文深入研究了高地应力环境下的井巷支护技术，构建了适应性井巷支护理论框架，并提出了相应的支护策略。研究结果表明，高地应力环境下的井巷支护需综合考虑围岩稳定性、支护材料性能及支护技术选择等多方面因素，以实现安全、高效、经济的支护效果。未来，随着矿井开采深度的进一步增加，高地应力环境下的井巷支护技术将面临更大的挑战和机遇，需要不断深入研究和完善。

参考文献

[1]蔡柳洲,张金龙.高地应力环境下深埋竖井施工稳定性控制研究[J].水利水电技术(中英文),2023,54(S2):207-209.

[2]刘志强,宋朝阳,纪洪广,刘书杰,谭杰,程守业,宁方波.深部矿产资源开采矿井建设模式及其关键技术[J].煤炭学报,2021,46(03):826-845.

[3]杨立云,杨仁树,马佳辉,高全臣,岳中文,吴亚磊.大型深部矿井建设模型试验系统研制[J].岩石力学与工程学报,2014,33(07):1424-1431.