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摘要：随着煤炭工业的发展，矿井开采正经历着一个由浅到深、由简单到复杂的标准，深部矿井逐渐增多，深部围岩处于软岩状态，施工条件复杂化，巷道及硐室支护的难度和破坏程度不断增加，巷道的变形如两帮收缩、底鼓、冒顶等力学现象越来越强烈。本文通过对深部巷道矿压特点、变形规律、巷道破坏机理、围岩影响因素以及巷道支护技术的理论研究，阐述了煤矿深部开采过程中巷道变形量大、底鼓量大、冲击地压发生频率和强度增大，煤矿深部开采中矿压的变化规律和控制措施的研究也就成了矿压领域的一个重要部分。
关键词：围岩；软岩；条件复杂；巷道支护
一、引言
随着煤矿开采深度的不断增加，受深部地压影响的影响，软岩问题越来越严重。深部围岩处于软岩状态，施工条件复杂化，巷道及硐室支护的难度和破坏程度不断增加，巷道的变形如两帮收缩、底鼓、冒顶等力学现象越来越强烈。对深部巷道的变形的有效控制成为急待解决的技术难题。
二、影响巷道受压变形的主要因素
（一）地质条件分析
鹤壁煤田处于太行山东麓，井田地貌类型属太行山前缓丘陵地貌的一部分，地势西高东低，海拔高在140-280米之间，丘陵和沟谷大致呈南北向，矿区西部奥陶系灰岩广泛出露。石炭系地层在山前零星出露，本井田为第三、第四系地层所覆盖。
二1煤直接顶板，主要为黑色及深灰色砂质泥岩或泥岩，岩性紧密，含丰富的植物化石，有时为中细粒砂岩，厚0-18.33米，平均厚3.99米。二1煤老顶为S10层砂岩，多为灰发褐色长石石英中粒砂岩，含大量暗色矿物，层理面多富集炭质及大白云母片，钙质胶结，厚1.30-31.80米，平均8.68米。二1煤层底板为黑色泥岩或砂质泥岩，有时为细粒砂岩，厚0-16.30米，平均2.82米，老底为S9砂岩，岩性为深灰色或褐色中粒长石石英砂岩，含黑色矿物及黑色泥岩包裹体，钙泥质胶结，厚0.55-12.18米，平均厚3.73米。
（二）断层的影响
构造形式受华夏及新华夏构造体系控制，构造线展布方向主要为NNE向和NE向。矿区内构造以断层和褶皱为主，尤以断层更为发育，均为正断层，断层走向以NE、NNE为主，有少量NNE和NW向的，矿区内大于50米的断层约有60条，其中NE向30条，NNE向21条，NEE向的8条，出NEE向断层结构面力学性质为张扭性，其它均为压扭性。褶皱以NE向和NW向为主，轴向NE有12条，NW有7条，矿区内主要构造线的展布有明显的方向性和等距性。
三水平井底车场及三条下山位于321向斜轴部，煤岩层受压过大，岩石破碎，因受321向斜轴的影响，在三条下山阶段内出现断层较多，三条下山揭露的断层为F21-2，H=25米，∠84°，F21-，3，H=14米，∠65°，F21-，4，H=3.0米，∠55°，F3002-11，H=1.4米，∠50°，F30-1，H=3.5米，∠60°，F3305，H=3.5米，∠65°，巷道遇见断层，岩石断裂后，沿断层两盘岩石破碎，层位不稳定，层位受力不均，影响巷道质量。岩层发生扭曲断裂，造成巷道变形。
（三）岩性影响
巷道顶板围岩为泥岩，砂质泥岩及砂岩组成复合顶板，岩层破碎，层间内聚力弱，极易产生离层和裂隙，在其自重及上覆岩层作用下，顶板沿弱面切断，导致冒顶发生。顶板围岩中的泥岩层滑面层发育，岩层间的固结力差，极易沿滑面脱层。受采动影响，上覆岩层应力重新分布，致使已支护巷道断裂。
地质构造在岩体中存在各种结构面，她们把岩体切割成不同形状和大小的岩块，形成了脱离体。开巷后，脱离体有了临空面，这时岩块自重就要在弱面面上引起下滑力，当下滑力超过侧向挤压力所造成的摩擦阻力时， 就要冒落。
岩块冒落的难易程度、规模大小及其形状主要取决于结构面的软弱程度，分布密度以及结构面与结构面之间，结构面与巷道轴线之间，结构面与巷道临空区之间的空间组合关系。
三、主要巷道失修状况及失修原因分析
（一）三水平主皮带
三水平主皮带最初失修段为3004煤仓绕道3002岩中巷口段，巷道压力较大，U型棚变形严重，随着3106工作面04年8月份结束，三水平猴车道的掘进，此段变形加剧，同时向两端发展，特别是3006煤仓至3004煤仓、3002以上穿煤段变形较大。
（二）三水平行人下山
其失修段主要集中在行人下山中车场以上，主要表现在顶板冒落、断面缩小。中车场以下主要表现为顶板沉、底鼓严重断面缩小。
（三）三水平独立回风下山
其失修段主要集中在独立回风四车场至上平台，主要表现为顶板下沉、底鼓严重、两帮缩小岩石脱落。
四、失修原因主要有以下几方面
（一）受不间断采动的影响
三条下山两侧的工作面：30021面1998年2月回采结束，31041面2000年3月回采结束，3106面2004年9月回采结束，3004（外）面2000年11月回采结束，3002（南）正在回采。
三条下山上半部煤柱两侧均为采空区，煤柱下方受煤柱载荷作用的底板岩层内的应力很高，两侧采空的煤柱底板岩层应力避单测采空区的煤柱下的应力要高1.8倍多，根据有关理论分析，其应力分布有煤柱两侧向中部逐渐增大，由于三条下山两侧工作面的回采结束间的不间断性，造成煤柱下方的岩层应力长时间不能稳定，出现已维修过的巷道在动压的影响下又出现重复失修。
另外三水平猴车道在煤柱中沿煤层顶板掘进也会发生岩体内应力的重新分布，即巷道围岩内出现应力集中，当应力超过岩体强度，则岩体的物性状态就要改变，巷道周边就会发生塑性变形，并从周边向岩体深处扩到某一范围，从而造成煤柱内的巷道失修。
（二）受地质构造应力作用的影响
目前开拓巷道向矿井的深部延深，巷道受压变形、受地质影响有以下几个方面 1、巷道埋深在790米左右，地压随着埋深增大。
2、巷道层位布置也是一个方面，巷道设计在二1煤层下15米左右，施工巷道岩性为砂质泥岩、砂岩、岩石致密、性脆、巷道顶板不易支护，容易垮落。
3、地质构造，三水平井底车场及三条下山，位于321向斜轴部，岩石受压过大，岩石破碎，出现断层较多，巷道遇到断层、岩层断裂后，沿断层的两盘，岩石破碎、层位不稳定，层位受力不均，影响巷道质量。岩层发生扭曲造成巷道受压变形。
4、采动影响，随着采区向下延深，三水平井底车场及三条下山留有保护煤柱，巷道两侧都已回采，压力都集在中间，是巷道受压过大造成巷道变形，断面缩小，支架损坏。
有研究表明在岩体中掘进的巷道，其岩层水平应力实际上是自重应力引起的水平应力与水平构造应力之和，而且大大超过自重应力（两侧），构造应力主要集中在地质构造变动比较剧烈的地区，如褶曲带、曲率半径较下的地点，岩层发生扭转的地点（向斜轴）、断层附近，特别是断层端部和两断层交汇的地点，以及岩层厚薄发生剧变的地点。因为拉应力构造通常有利于构造应力的释放，所以构造应力主要集中在压应力和剪切应力构造带，如向斜轴部。
构造应力的基本特点是以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性，即在地质构造带特别是断层附近垂直于最大应力方向的巷道矿压显现比较强烈，与最大主应力方向一致和斜交的巷道矿压相对要小些。
三矿的三条下山上半部接近向斜轴而且断层较多，下半部沿向斜轴即垂直于最大主应力方向掘进，从以上分析可以看出三条下山受构造应力影响，巷道两帮围岩呈垂直片状开裂，巷道顶板下沉开裂，巷道底板强烈鼓起，随着水平应力逐渐的释放压力显现趋于缓和。
五、巷道掘进支护质量
（一）巷道底部处于敞开不支护状态
煤矿巷道通常断面采用梯形或直墙拱顶等形状，由于底板不能形成稳定的拱形结构使得地鼓量加大，若巷道底部常年受水影响，使地鼓加大。
（二）巷道掘进时朝洼及背帮顶差
由于掘进采用爆破法掘进，不可避免的因超挖或局部冒顶在支护结构背后形成不同尺寸空洞，这些空洞若不及时进行有效地充填会使支护体承受集中载荷或偏心载荷，从而使支架的支撑能力不能充分发挥，巷道受到围岩的倾向压力时拱顶会向上弯曲，支架呈现尖桃形破坏，如果支架腿部受到集中载荷，特别是可缩结构件上受集中载荷会使可缩性联接件损坏，棚腿弯曲而破坏，支架顶部受到集中载荷，支架拱顶很易压平而严重损坏。
架空后间存在使巷道围岩松动圈范围扩大和围岩稳定性降低，掘进过程中形成的松动圈范围一般较小，由爆破冲击波形成的破碎带深度通常不超过1米，但如果有架后空间在与架不能及时向围岩提供支撑力，则松动圈范围将进一步扩大，在松动圈逐渐形成过程中，地应力峰值会不断向岩体深部转移，其结果是松动圈内岩体只保留很小的残余强度及自稳能力，在围岩应力场的作用下，松动圈内的岩体将不断向巷道空间内移动，是巷道收敛量增大。
六、巷道受压变形采取的措施
（一）选择合理的巷道方向
如果在矿井设计时就能确定构造应力方向，则多数巷道和硐室的方向应与主应力方向平行或者小角度斜角通过，降低应力的影响。
（二）巷道断面形状和支护的选择
选择适应水平应力为主的应力长的巷道断面形状和支护是控制围岩变形的有效措施，从力学角度出发，最好选用宽度明显大于高度的拱形断面，如拱顶矮墙加底拱，以及近似椭圆脆性破坏区缩小，此外巷道周边轮廓的不平整往往引起局部岩体的应力集中和破坏，采用光面爆破后可使应力集中系数降低63﹪左右，巷道稳定性得到明显提高。
（三）开采顺序和护巷方式的选择
在开采邻近每层或断层附近的煤层时，不应当残留煤柱下部煤层或岩体内的巷道位于卸压区内。回采巷道都应使用无煤柱护巷，采区上（下）山和大巷等主要巷道一般都应布置在比较稳定的岩层内，并尽量采用上部煤层预采或跨采的方式，使主要巷道长期处于应力区内。
三水平巷道及下山均在向斜轴部掘进地应力较大，当巷道为弱软岩层，特别是位于断裂带、分化带附近时，底鼓往往十分强烈，受采动影响的巷道比不受采动影响的巷道底鼓破坏剧烈，深部开采的巷道比浅部巷道的底鼓严重的多，残余煤柱下的巷道和受采动的影响的巷道底鼓严重，水平应力大于垂直应力时更易引起底鼓，底板岩层的破坏范围向深部扩展。
七、结束语
深部巷道地压大、地温高、地质条件复杂，显现出构造应力显现剧烈、岩体强度降低和围岩塑性破碎区域增大等特征。因此，必须从巷道布置、巷道选型、支护方式、支护工艺和支护参数等方面进行优化设计和综合治理，确保巷道稳定，减小巷道维护，增加效益。
关键词：围岩；软岩；条件复杂；巷道支护
一、引言
随着煤矿开采深度的不断增加，受深部地压影响的影响，软岩问题越来越严重。深部围岩处于软岩状态，施工条件复杂化，巷道及硐室支护的难度和破坏程度不断增加，巷道的变形如两帮收缩、底鼓、冒顶等力学现象越来越强烈。对深部巷道的变形的有效控制成为急待解决的技术难题。
二、影响巷道受压变形的主要因素
（一）地质条件分析
鹤壁煤田处于太行山东麓，井田地貌类型属太行山前缓丘陵地貌的一部分，地势西高东低，海拔高在140-280米之间，丘陵和沟谷大致呈南北向，矿区西部奥陶系灰岩广泛出露。石炭系地层在山前零星出露，本井田为第三、第四系地层所覆盖。
二1煤直接顶板，主要为黑色及深灰色砂质泥岩或泥岩，岩性紧密，含丰富的植物化石，有时为中细粒砂岩，厚0-18.33米，平均厚3.99米。二1煤老顶为S10层砂岩，多为灰发褐色长石石英中粒砂岩，含大量暗色矿物，层理面多富集炭质及大白云母片，钙质胶结，厚1.30-31.80米，平均8.68米。二1煤层底板为黑色泥岩或砂质泥岩，有时为细粒砂岩，厚0-16.30米，平均2.82米，老底为S9砂岩，岩性为深灰色或褐色中粒长石石英砂岩，含黑色矿物及黑色泥岩包裹体，钙泥质胶结，厚0.55-12.18米，平均厚3.73米。
（二）断层的影响
构造形式受华夏及新华夏构造体系控制，构造线展布方向主要为NNE向和NE向。矿区内构造以断层和褶皱为主，尤以断层更为发育，均为正断层，断层走向以NE、NNE为主，有少量NNE和NW向的，矿区内大于50米的断层约有60条，其中NE向30条，NNE向21条，NEE向的8条，出NEE向断层结构面力学性质为张扭性，其它均为压扭性。褶皱以NE向和NW向为主，轴向NE有12条，NW有7条，矿区内主要构造线的展布有明显的方向性和等距性。
三水平井底车场及三条下山位于321向斜轴部，煤岩层受压过大，岩石破碎，因受321向斜轴的影响，在三条下山阶段内出现断层较多，三条下山揭露的断层为F21-2，H=25米，∠84°，F21-，3，H=14米，∠65°，F21-，4，H=3.0米，∠55°，F3002-11，H=1.4米，∠50°，F30-1，H=3.5米，∠60°，F3305，H=3.5米，∠65°，巷道遇见断层，岩石断裂后，沿断层两盘岩石破碎，层位不稳定，层位受力不均，影响巷道质量。岩层发生扭曲断裂，造成巷道变形。
（三）岩性影响
巷道顶板围岩为泥岩，砂质泥岩及砂岩组成复合顶板，岩层破碎，层间内聚力弱，极易产生离层和裂隙，在其自重及上覆岩层作用下，顶板沿弱面切断，导致冒顶发生。顶板围岩中的泥岩层滑面层发育，岩层间的固结力差，极易沿滑面脱层。受采动影响，上覆岩层应力重新分布，致使已支护巷道断裂。
地质构造在岩体中存在各种结构面，她们把岩体切割成不同形状和大小的岩块，形成了脱离体。开巷后，脱离体有了临空面，这时岩块自重就要在弱面面上引起下滑力，当下滑力超过侧向挤压力所造成的摩擦阻力时， 就要冒落。
岩块冒落的难易程度、规模大小及其形状主要取决于结构面的软弱程度，分布密度以及结构面与结构面之间，结构面与巷道轴线之间，结构面与巷道临空区之间的空间组合关系。
三、主要巷道失修状况及失修原因分析
（一）三水平主皮带
三水平主皮带最初失修段为3004煤仓绕道3002岩中巷口段，巷道压力较大，U型棚变形严重，随着3106工作面04年8月份结束，三水平猴车道的掘进，此段变形加剧，同时向两端发展，特别是3006煤仓至3004煤仓、3002以上穿煤段变形较大。
（二）三水平行人下山
其失修段主要集中在行人下山中车场以上，主要表现在顶板冒落、断面缩小。中车场以下主要表现为顶板沉、底鼓严重断面缩小。
（三）三水平独立回风下山
其失修段主要集中在独立回风四车场至上平台，主要表现为顶板下沉、底鼓严重、两帮缩小岩石脱落。
四、失修原因主要有以下几方面
（一）受不间断采动的影响
三条下山两侧的工作面：30021面1998年2月回采结束，31041面2000年3月回采结束，3106面2004年9月回采结束，3004（外）面2000年11月回采结束，3002（南）正在回采。
三条下山上半部煤柱两侧均为采空区，煤柱下方受煤柱载荷作用的底板岩层内的应力很高，两侧采空的煤柱底板岩层应力避单测采空区的煤柱下的应力要高1.8倍多，根据有关理论分析，其应力分布有煤柱两侧向中部逐渐增大，由于三条下山两侧工作面的回采结束间的不间断性，造成煤柱下方的岩层应力长时间不能稳定，出现已维修过的巷道在动压的影响下又出现重复失修。
另外三水平猴车道在煤柱中沿煤层顶板掘进也会发生岩体内应力的重新分布，即巷道围岩内出现应力集中，当应力超过岩体强度，则岩体的物性状态就要改变，巷道周边就会发生塑性变形，并从周边向岩体深处扩到某一范围，从而造成煤柱内的巷道失修。
（二）受地质构造应力作用的影响
目前开拓巷道向矿井的深部延深，巷道受压变形、受地质影响有以下几个方面 1、巷道埋深在790米左右，地压随着埋深增大。
2、巷道层位布置也是一个方面，巷道设计在二1煤层下15米左右，施工巷道岩性为砂质泥岩、砂岩、岩石致密、性脆、巷道顶板不易支护，容易垮落。
3、地质构造，三水平井底车场及三条下山，位于321向斜轴部，岩石受压过大，岩石破碎，出现断层较多，巷道遇到断层、岩层断裂后，沿断层的两盘，岩石破碎、层位不稳定，层位受力不均，影响巷道质量。岩层发生扭曲造成巷道受压变形。
4、采动影响，随着采区向下延深，三水平井底车场及三条下山留有保护煤柱，巷道两侧都已回采，压力都集在中间，是巷道受压过大造成巷道变形，断面缩小，支架损坏。
有研究表明在岩体中掘进的巷道，其岩层水平应力实际上是自重应力引起的水平应力与水平构造应力之和，而且大大超过自重应力（两侧），构造应力主要集中在地质构造变动比较剧烈的地区，如褶曲带、曲率半径较下的地点，岩层发生扭转的地点（向斜轴）、断层附近，特别是断层端部和两断层交汇的地点，以及岩层厚薄发生剧变的地点。因为拉应力构造通常有利于构造应力的释放，所以构造应力主要集中在压应力和剪切应力构造带，如向斜轴部。
构造应力的基本特点是以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性，即在地质构造带特别是断层附近垂直于最大应力方向的巷道矿压显现比较强烈，与最大主应力方向一致和斜交的巷道矿压相对要小些。
三矿的三条下山上半部接近向斜轴而且断层较多，下半部沿向斜轴即垂直于最大主应力方向掘进，从以上分析可以看出三条下山受构造应力影响，巷道两帮围岩呈垂直片状开裂，巷道顶板下沉开裂，巷道底板强烈鼓起，随着水平应力逐渐的释放压力显现趋于缓和。
五、巷道掘进支护质量
（一）巷道底部处于敞开不支护状态
煤矿巷道通常断面采用梯形或直墙拱顶等形状，由于底板不能形成稳定的拱形结构使得地鼓量加大，若巷道底部常年受水影响，使地鼓加大。
（二）巷道掘进时朝洼及背帮顶差
由于掘进采用爆破法掘进，不可避免的因超挖或局部冒顶在支护结构背后形成不同尺寸空洞，这些空洞若不及时进行有效地充填会使支护体承受集中载荷或偏心载荷，从而使支架的支撑能力不能充分发挥，巷道受到围岩的倾向压力时拱顶会向上弯曲，支架呈现尖桃形破坏，如果支架腿部受到集中载荷，特别是可缩结构件上受集中载荷会使可缩性联接件损坏，棚腿弯曲而破坏，支架顶部受到集中载荷，支架拱顶很易压平而严重损坏。
架空后间存在使巷道围岩松动圈范围扩大和围岩稳定性降低，掘进过程中形成的松动圈范围一般较小，由爆破冲击波形成的破碎带深度通常不超过1米，但如果有架后空间在与架不能及时向围岩提供支撑力，则松动圈范围将进一步扩大，在松动圈逐渐形成过程中，地应力峰值会不断向岩体深部转移，其结果是松动圈内岩体只保留很小的残余强度及自稳能力，在围岩应力场的作用下，松动圈内的岩体将不断向巷道空间内移动，是巷道收敛量增大。
六、巷道受压变形采取的措施
（一）选择合理的巷道方向
如果在矿井设计时就能确定构造应力方向，则多数巷道和硐室的方向应与主应力方向平行或者小角度斜角通过，降低应力的影响。
（二）巷道断面形状和支护的选择
选择适应水平应力为主的应力长的巷道断面形状和支护是控制围岩变形的有效措施，从力学角度出发，最好选用宽度明显大于高度的拱形断面，如拱顶矮墙加底拱，以及近似椭圆脆性破坏区缩小，此外巷道周边轮廓的不平整往往引起局部岩体的应力集中和破坏，采用光面爆破后可使应力集中系数降低63﹪左右，巷道稳定性得到明显提高。
（三）开采顺序和护巷方式的选择
在开采邻近每层或断层附近的煤层时，不应当残留煤柱下部煤层或岩体内的巷道位于卸压区内。回采巷道都应使用无煤柱护巷，采区上（下）山和大巷等主要巷道一般都应布置在比较稳定的岩层内，并尽量采用上部煤层预采或跨采的方式，使主要巷道长期处于应力区内。
三水平巷道及下山均在向斜轴部掘进地应力较大，当巷道为弱软岩层，特别是位于断裂带、分化带附近时，底鼓往往十分强烈，受采动影响的巷道比不受采动影响的巷道底鼓破坏剧烈，深部开采的巷道比浅部巷道的底鼓严重的多，残余煤柱下的巷道和受采动的影响的巷道底鼓严重，水平应力大于垂直应力时更易引起底鼓，底板岩层的破坏范围向深部扩展。
七、结束语
深部巷道地压大、地温高、地质条件复杂，显现出构造应力显现剧烈、岩体强度降低和围岩塑性破碎区域增大等特征。因此，必须从巷道布置、巷道选型、支护方式、支护工艺和支护参数等方面进行优化设计和综合治理，确保巷道稳定，减小巷道维护，增加效益。