矿山开采围岩稳定性控制技术研究

陈建议

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摘要：矿山地下开采过程中，围岩失稳坍塌、片帮、冒顶是制约矿井安全生产、影响开采效率的核心隐患。随着开采深度不断增加，高地应力、围岩破碎、构造复杂、采动扰动叠加等问题愈发突出，传统单一支护手段难以适配深部复杂围岩的稳定控制需求。为有效提升矿山井下巷道与采场围岩整体稳定性，降低顶板垮落、边帮失稳事故发生率，本文系统分析矿山开采围岩失稳机理与主要影响因素，梳理当前主流围岩控制技术的技术原理与适用场景，结合现场工程实际总结支护优化、卸压调控、注浆加固、动态监测等成套控制技术体系。研究表明，采用“卸压释能+注浆补强+锚网支护+动态监测”的协同控制方案，可显著改善围岩应力分布、提升岩体整体性与承载能力，有效抑制围岩变形破坏。研究成果可为同类矿山井下围岩治理、安全生产管控、支护方案优化提供技术参考与工程借鉴。

关键词：矿山开采；围岩稳定性；地应力；支护技术；注浆加固；安全控制

1 引言

矿产资源是国民经济发展的基础能源与工业原料，地下矿山开采是资源开发的主要方式。在矿山井下作业过程中，巷道掘进、采场回采会持续打破原始岩体应力平衡状态，引发围岩应力重分布，进而出现围岩变形、裂隙扩展、岩体破碎、顶板下沉、边帮片落等失稳现象，严重威胁井下人员、设备安全与矿山正常生产秩序。近年来，我国矿山逐步转向深部开采，开采深度逐年增大，高地应力、高渗透压、强采动扰动、复杂地质构造等多重工况叠加，导致围岩变形量大、破坏速度快、失稳形式多样，常规被动支护技术治理效果有限，围岩控制难度显著提升。

2 矿山围岩失稳机理与破坏特征

2.1 围岩应力平衡破坏机理

地下岩体在未开挖前处于原始地应力平衡状态，岩体结构完整、应力分布均匀。矿山巷道与采场开挖后，原有岩体空间结构被破坏，围岩内部应力发生转移与重新分布，开挖临空面周边岩体由三向受力状态转变为双向甚至单向受力状态，局部出现应力集中现象。当集中应力超过岩体自身抗压、抗剪强度时，围岩内部微裂隙开始萌生、扩展、贯通，逐步形成宏观破裂面，最终引发岩体变形、松动、脱落与垮塌。深部开采条件下，初始地应力水平更高，采动扰动引发的应力叠加效应更加显著，围岩极易出现瞬时脆性破坏、岩爆、大变形等灾害。

2.2 围岩主要破坏形式与特征

结合矿山井下现场工况，围岩破坏主要分为顶板破坏、巷帮破坏与底板破坏三类。顶板围岩多受弯曲拉伸与剪切作用，表现为顶板下沉、离层、裂隙发育、小块掉落乃至大面积冒顶，是井下最常见的失稳灾害；巷帮围岩以剪切破坏与挤压破碎为主，易出现片帮、鼓包、岩体剥落，严重时引发巷帮整体垮塌；底板围岩在应力挤压与水力作用下，易出现底鼓、开裂、隆起变形，导致巷道断面缩小、设备通行受阻、支护结构受力变形。

3 矿山围岩稳定性主要影响因素

3.1 地质条件因素

地质条件是决定围岩稳定性的基础因素，直接控制岩体力学特性与破坏模式。岩体自身强度、完整性、节理裂隙发育程度、岩层组合形式对围岩稳定性影响最为显著。完整、均质、高强度岩体整体性好、变形小、稳定性高；而节理、裂隙、层理发育的破碎岩体，内部结构面多、整体性差，受力后易沿结构面滑移、开裂、破碎失稳。同时，断层、褶曲、破碎带等不良地质构造区域，岩体扰动严重、应力分布紊乱，是围岩失稳、顶板事故高发区域。地下水也是重要影响因素，水体渗入岩体裂隙后，会软化岩体、降低结构面摩擦系数，加剧岩体崩解、弱化围岩整体强度，大幅提升支护难度。

3.2 开采工艺与采动扰动因素

井下开采方式、掘进速度、采场参数、开采顺序直接影响围岩应力扰动程度。爆破掘进产生的冲击波会反复冲击围岩，造成岩体内部裂隙扩张、结构损伤，降低岩体完整性与承载能力；巷道断面形状、尺寸不合理会加剧局部应力集中，诱发围岩局部破坏；采场跨度过大、预留矿柱尺寸不足、开采顺序混乱，会引发大范围应力叠加，造成围岩持续性变形失稳。此外，多工作面同步开采、重复采动会形成叠加扰动应力场，导致围岩长期处于动态变形状态，进一步降低围岩稳定性。

4 矿山围岩稳定性核心控制技术

4.1 锚网索主动支护技术

锚网索支护是当前矿山应用最广泛的主动围岩控制技术，核心原理是通过锚杆、锚索、金属网、钢带组合支护体系，对围岩施加主动预紧力，约束围岩浅表裂隙扩展，将松散破碎的浅表围岩与深部完整岩体锚固为整体承载结构，实现“以岩护岩”的支护效果。相较于传统棚式被动支护，锚网索支护具备主动承载、适应性强、施工便捷、断面利用率高、成本低廉等优势。针对普通稳定围岩，可采用锚杆+网片简易支护；针对裂隙发育、中等破碎围岩，采用加长锚固锚杆+钢带+金属网联合支护；针对深部高地应力、大变形围岩，搭配高强预应力锚索，提升深部岩体锚固效果，有效控制顶板下沉与巷帮变形。施工过程中需严格控制锚杆锚索锚固力、预紧力与施工间距，杜绝支护滞后、锚固失效等问题，保障支护体系整体受力均匀。

4.2 围岩注浆加固技术

针对破碎松散、裂隙发育、整体性极差的围岩，单纯锚网支护难以封堵裂隙、修复岩体结构，需采用注浆加固技术辅助治理。注浆技术通过高压将水泥浆、超细浆液、化学浆液等注浆材料注入围岩裂隙内部，浆液充填裂隙、固结破碎岩块，将松散零散的岩体胶结为完整整体，有效提升围岩强度、整体性与抗渗性能。注浆后可显著封堵围岩渗水通道，弱化水理损伤，同时改善围岩应力传递路径，大幅提升围岩自身承载能力。根据施工场景可分为超前预注浆、巷道壁后注浆、采空区注浆加固，超前注浆适用于掘进前方破碎带、断层构造区域，提前固结围岩，规避掘进扰动失稳风险；壁后注浆主要用于后期巷道围岩裂隙封堵与补强加固，治理巷道渗水、变形、开裂问题。

5 工程应用综合控制方案与效果分析

结合复杂地质与深部开采工况，单一控制技术难以实现长期稳定，工程中普遍采用“卸压释能+注浆加固+锚网索联合支护+动态监测”的一体化协同控制方案。针对巷道掘进工作面，首先采用超前探测摸清前方地质构造与围岩破碎情况，对破碎带、高应力区域实施超前注浆固结；掘进完成后及时开展初喷封闭围岩，布设高强锚网索联合支护体系，实现快速主动支护；对高地应力区段增设卸压钻孔，释放集中应力；最后布设智能化监测设备，实时跟踪围岩变形与应力变化，根据监测数据动态优化支护参数，对变形异常区段及时补强支护。

6 结论与展望

矿山开采围岩失稳是地应力、地质构造、采动扰动、支护施工多重因素共同作用的结果，深部复杂工况下围岩破坏机理复杂、防控难度大。本文通过分析围岩失稳机理与核心影响因素，系统梳理了锚网索主动支护、注浆加固、卸压释能、动态监测等关键控制技术，构建了适配现代矿山的围岩稳定性协同控制技术体系。研究得出：地质条件决定围岩基础稳定性，采动扰动与应力集中是围岩失稳的核心诱因，单一被动支护无法适配深部开采需求，必须采用“应力调控+岩体加固+主动支护+动态监测”的综合管控模式，才能从根本上控制围岩变形、规避失稳灾害。

随着矿山智能化、绿色化开采不断推进，围岩控制技术将向精准化、智能化、一体化方向发展。后续可结合三维地质建模、AI智能预警、自动化支护设备等新技术，实现围岩风险精准识别、支护方案智能优化、稳定性动态管控，进一步提升矿山围岩安全控制水平，为深部矿产资源安全高效开采提供更坚实的技术保障。

参考文献

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