煤矿巷道围岩变形规律及加固支护优化技术探析

乔亮明

身份证：6106**********1974

摘要：煤矿巷道作为煤炭开采的核心通道，承担着人员通行、设备转运及煤炭输送的重要功能，其围岩稳定性直接决定煤矿开采的安全性、高效性与经济性。随着我国浅部煤炭资源日益枯竭，开采逐渐向深部延伸，巷道围岩面临高应力、强扰动、复杂地质等严苛工况，围岩变形、片帮、冒顶等问题频发，不仅影响开采进度，还严重威胁作业人员生命安全。本文结合煤矿开采实际，系统分析巷道围岩变形的基本规律与核心影响因素，深入剖析现有加固支护技术的局限性，提出针对性的优化方案，并结合工程实例验证优化技术的可行性与实用性，为煤矿巷道围岩稳定性控制提供理论支撑与实践指导，对提升煤矿开采安全水平、降低支护成本、推动煤矿行业高质量发展具有重要的实质性意义。

关键词：煤矿巷道；围岩变形；变形规律；加固支护；优化技术

一、引言

煤炭作为我国能源供给的核心支柱，其安全高效开采直接关系到国家能源稳定供给。煤矿巷道是煤炭开采过程中不可或缺的基础设施，开挖后会打破围岩原有的应力平衡状态，引发围岩变形，若支护措施不合理，极易导致巷道坍塌、冒顶等安全事故。据统计，我国煤矿井下安全事故中，因围岩失稳引发的事故占比超过40%，不仅造成人员伤亡和设备损坏，还会导致开采作业中断，带来巨大的经济损失。

当前，煤矿开采深度不断增加，深部围岩呈现出高应力、高水压、强流变性等特征，传统加固支护技术已难以适应复杂地质条件下的围岩控制需求，支护失效、巷道返修率高、支护成本攀升等问题日益突出。因此，深入研究煤矿巷道围岩变形规律，优化加固支护技术，构建科学高效的围岩控制体系，成为解决煤矿开采安全难题、提升开采经济性的关键。本文结合现场调研与理论分析，探析围岩变形规律，提出切实可行的支护优化方案，具有重要的工程应用价值和现实指导意义。

二、煤矿巷道围岩变形规律及影响因素

（一）围岩变形基本规律

结合现场观测与数值模拟分析，煤矿巷道围岩变形具有明显的阶段性、差异性和时效性特征，具体规律如下：一是变形阶段性，巷道开挖后，围岩变形分为瞬时变形、加速变形、稳定变形三个阶段。瞬时变形发生在开挖完成瞬间，主要由围岩弹性应力释放引起，变形量较小；加速变形阶段，围岩应力重新分布，裂隙持续扩展，变形速率加快，易出现片帮、掉块现象；稳定变形阶段，围岩应力趋于平衡，变形速率逐渐减缓并趋于稳定。二是变形差异性，不同部位围岩变形程度不同，通常顶板下沉量最大，两帮收敛量次之，底板鼓起量相对较小，且软岩巷道变形量远大于硬岩巷道。三是时效关联性，围岩变形持续时间与地质条件、支护措施密切相关，浅部硬岩巷道变形稳定时间较短，深部软岩巷道变形持续时间长，若支护不及时，变形会持续加剧直至巷道失稳。

（二）核心影响因素

围岩变形是地质条件、应力状态、开采扰动等多因素协同作用的结果，核心影响因素可归纳为三类：一是地质因素，这是基础因素，围岩岩体强度、节理裂隙发育程度、断层分布等直接影响变形程度，节理裂隙发育、断层破碎带附近的围岩，完整性差、强度低，变形更为剧烈，且巷道埋深存在临界值，超临界值后塑性区随埋深增大而增大。二是应力因素，巷道开挖后，原有的地应力平衡被打破，形成二次应力场，高应力集中区域易导致围岩发生塑性变形，侧压系数还会影响塑性区形状，进一步加剧变形。三是人为因素，开采扰动、支护方案不合理、施工工艺不规范等，会诱发或加剧围岩变形，如爆破作业产生的振动会破坏围岩完整性，支护不及时、锚杆锚固力不足会导致变形无法有效控制。

三、煤矿巷道现有加固支护技术及局限性

目前，煤矿巷道常用的加固支护技术主要分为被动支护和主动支护两类，各类技术在实际应用中均存在一定局限性，难以适应复杂工况需求。

被动支护以架棚支护、砌碹支护为主，架棚支护分为金属拱形、木支护等，具有施工便捷、成本较低的优势，但承载能力有限，难以适应高应力、大变形巷道，易出现支架变形、失效现象；砌碹支护稳定性好、耐久性强，但施工工艺复杂、工期长，成本较高，且无法适应围岩的动态变形。主动支护以锚杆支护、锚喷支护为主，锚杆支护通过锚固力将围岩与稳定岩体连接，发挥围岩自承能力，施工速度快、占用巷道空间小，但对施工工艺要求较高，在松软破碎围岩中支护效果不佳；锚喷支护结合了锚杆与喷射混凝土的优势，能及时封闭围岩，但喷射作业产生的粉尘影响施工人员健康，且后期维护困难。

四、煤矿巷道加固支护优化技术方案

针对现有支护技术的局限性，结合围岩变形规律和影响因素，从支护方案、支护材料、施工工艺三个方面，提出针对性的优化技术方案，实现围岩变形的有效控制。

（一）优化支护方案设计

坚持“因地制宜、分类支护”的原则，结合巷道地质条件、埋深、用途等，精准设计支护方案。对于浅部硬岩巷道，采用“锚杆+锚索+金属网”联合支护，锚杆选用高强度树脂锚杆，锚索增强支护强度，金属网防止围岩掉块；对于深部软岩、断层破碎带巷道，采用“超前注浆+锚杆锚索+U型钢支架”复合支护，超前注浆改善围岩完整性、提高岩体强度，U型钢支架适应围岩动态变形，形成“主动加固+被动防护”的双重支护体系，如鲍店煤矿5312胶带顺槽过断层破碎带时，采用“全锚索+槽钢+W钢带+金属网”组合支护，有效控制了围岩变形。

（二）升级支护材料性能

选用高强度、高韧性、耐腐蚀的支护材料，提升支护可靠性和耐久性。锚杆选用高强度螺纹钢锚杆，锚固剂采用高强度树脂锚固剂，提高锚固力和锚固效果；喷射混凝土采用高性能复合混凝土，添加速凝剂、增强剂，提高混凝土强度和粘结力；支架选用可缩性金属支架，增强支架的抗变形能力，适应围岩动态变形需求，解决传统材料强度不足、易老化、易失效的问题。

（三）规范支护施工工艺

加强施工过程管控，规范支护施工工艺，确保支护质量。严格按照设计要求控制锚杆钻孔深度、角度和间距，确保锚杆安装到位，采用专业设备检测锚固力，不合格的及时整改；喷射混凝土施工时，控制喷射压力、角度和厚度，做好降尘措施，确保混凝土与围岩紧密贴合；超前注浆施工时，合理控制注浆压力、注浆量和注浆时间，确保注浆效果，实现围岩提前加固。

五、工程应用实例

以某煤矿3201回采巷道为例，该巷道埋深450m，围岩为软岩，节理裂隙发育，原采用锚杆+锚喷支护，出现顶板下沉、两帮收敛等变形问题，巷道返修率高达35%。采用本文提出的优化支护方案后，采用“超前注浆+高强度锚杆锚索+U型钢支架+金属网”复合支护，优化支护参数，规范施工工艺。现场监测结果显示，巷道顶板下沉量最大为89mm，两帮收敛量最大为112mm，分别较优化前降低62%、58%，巷道变形得到有效控制，返修率降至5%以下，支护成本降低20%，确保了回采作业的安全高效推进，验证了优化技术的可行性和实用性。

六、结论与展望

煤矿巷道围岩变形具有阶段性、差异性和时效性特征，其变形程度受地质条件、应力状态、人为因素的综合影响。现有加固支护技术存在方案针对性不强、材料性能不足、施工工艺不规范等局限性，难以适应深部复杂工况需求。本文提出的“优化方案设计+升级材料性能+规范施工工艺”的综合优化技术，能有效控制围岩变形，降低巷道返修率和支护成本，提升煤矿开采安全性和经济性。

该研究成果为煤矿巷道围岩稳定性控制提供了切实可行的解决方案，具有重要的工程应用价值和实质性意义。未来，随着煤矿智能化发展，应进一步结合物联网、大数据等技术，研发智能化支护监测与调控系统，实现围岩变形的实时监测和支护参数的动态调整。

参考文献

[1] 郝承钊, 李勇, 孙其光. 鲍店煤矿5312胶带顺槽过断层破碎带支护优化研究[J]. 煤矿现代化, 2025(02):151-154.

[2] 郭晓成. 煤矿巷道围岩稳定性控制与支护技术优化[J]. 建筑工程与设计, 2026(05):163-164.

[3] 煤矿现代化编辑部. 巷道围岩变形破坏影响因素分析[J]. 煤矿现代化, 2025(02):70-73.

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