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   我國(guó)煤礦以井工開采為主，需要在井下掘進(jìn)規(guī)模巨大的巷道工程(每年新掘巷道約12 000 km)。巷道的暢通與穩(wěn)定是保障煤礦安全、高效生產(chǎn)的必要條件。

　　巷道圍巖控制是研究巷道從開挖到報(bào)廢全服務(wù)周期中礦山壓力顯現(xiàn)(包括圍巖與支護(hù)體變形、破壞、失穩(wěn)等)規(guī)律及其控制的學(xué)科。

煤礦巷道圍巖控制技術(shù)體系

　　經(jīng)過70年的發(fā)展，我國(guó)煤礦巷道圍巖控制技術(shù)取得突破性進(jìn)展。對(duì)煤系沉積巖地層地質(zhì)力學(xué)特征、巷道圍巖變形與破壞規(guī)律的認(rèn)識(shí)不斷加深；圍巖控制理念實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)支護(hù)到主動(dòng)控制、圍巖與支護(hù)共同承載的跨越，預(yù)應(yīng)力支護(hù)、主動(dòng)改性、主動(dòng)卸壓等圍巖控制方法得到廣泛認(rèn)可；圍巖控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到動(dòng)態(tài)、信息化、系統(tǒng)性、科學(xué)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變；支護(hù)材料經(jīng)歷了從木材、水泥(混凝土)到鋼材的變革，形成了以錨桿支護(hù)為主，多種方法并舉的圍巖控制格局；施工機(jī)具經(jīng)歷了人工、半機(jī)械化、機(jī)械化的發(fā)展過程，正向自動(dòng)化、智能化邁進(jìn)。我國(guó)煤礦已形成具有中國(guó)特色的巷道圍巖控制技術(shù)體系，顯著提高了巷道圍巖控制效果和安全程度，為井工煤礦實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　盡管如此，我國(guó)煤礦巷道圍巖控制技術(shù)還存在很多問題，需要繼續(xù)深入研究。

　　(1) 煤礦巷道圍巖地質(zhì)條件存在復(fù)雜性、多變性的特點(diǎn)，煤層作為圍巖的一部分，是煤礦巷道的鮮明特色。目前，對(duì)巷道圍巖，特別是煤層地質(zhì)力學(xué)特性，包括煤層中的孔隙、裂隙、節(jié)理、割理、層理等結(jié)構(gòu)分布與力學(xué)參數(shù)，煤層中的地應(yīng)力、瓦斯對(duì)煤層力學(xué)性質(zhì)的影響等缺乏深入研究。地應(yīng)力測(cè)量主要在比較完整的巖層中進(jìn)行，鮮有煤層地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。應(yīng)加強(qiáng)井下原位煤巖體地質(zhì)力學(xué)測(cè)試與分析，集中開展煤力學(xué)的研究與攻關(guān)，進(jìn)一步深化對(duì)巷道圍巖物理力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上提出新的煤礦巷道圍巖分類方法，為巷道圍巖控制理論研究與設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

　　(2) 采動(dòng)應(yīng)力具有在時(shí)空上不斷移動(dòng)、變化的特征，是煤礦巷道的又一大特色。雖然進(jìn)行了大量的采煤工作面周圍及煤柱支承壓力監(jiān)測(cè)、理論分析與模擬研究，但還缺乏能長(zhǎng)期、穩(wěn)定、有效監(jiān)測(cè)采動(dòng)應(yīng)力的技術(shù)與儀器，還沒有完全弄清三維采動(dòng)應(yīng)力的時(shí)空演化規(guī)律；不同采煤方法與參數(shù)的工作面開采后形成的上覆巖層結(jié)構(gòu)，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響的研究還不充分。需要從應(yīng)力測(cè)試、監(jiān)測(cè)、模擬、理論建模等各個(gè)方面，系統(tǒng)開展采動(dòng)力學(xué)研究，為巷道圍巖控制提供力學(xué)基礎(chǔ)。

　　(3) 圍巖大變形是煤礦巷道的顯著特征。雖然采用彈塑黏性等連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論及多種數(shù)值模擬方法研究了圍巖變形與破壞規(guī)律，但分析及計(jì)算結(jié)果與井下實(shí)際情況還有較大差距。應(yīng)針對(duì)煤巖體介質(zhì)非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性、內(nèi)含多尺度孔隙、裂隙及水、瓦斯等特點(diǎn)，及不連續(xù)、不協(xié)調(diào)擴(kuò)容變形是圍巖大變形的主要組成部分，采用多尺度、多場(chǎng)、多相耦合及加卸載結(jié)合的研究方法，進(jìn)一步開展采動(dòng)煤巖體力學(xué)行為的研究，建立適合煤巖體，特別是煤層的本構(gòu)關(guān)系與力學(xué)模型，以揭示煤礦巷道圍巖變形破壞的本質(zhì)，使分析及計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際。

　　(4) 支護(hù)與圍巖相互作用是巷道圍巖控制研究的核心問題。應(yīng)將圍巖與支護(hù)看成相互作用、共同承載的整體，圍繞強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等開展支護(hù)力學(xué)研究。繼續(xù)深化原巖應(yīng)力場(chǎng)、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)“三場(chǎng)”分布特征及相互作用研究；深化各種圍巖控制方式與圍巖相互作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)；進(jìn)一步研究支護(hù)與改性相互協(xié)調(diào)、互補(bǔ)的作用機(jī)制，支護(hù)與卸壓耦合作用機(jī)制及支護(hù)–改性–卸壓“三位一體”聯(lián)合控制作用原理；在此基礎(chǔ)上，提出更適合煤礦巷道圍巖控制的新理論、新方法。

　　(5) 巷道圍巖控制設(shè)計(jì)雖有很大進(jìn)展，但仍有不少礦區(qū)還以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，缺乏普遍認(rèn)可、定量化的設(shè)計(jì)方法。應(yīng)進(jìn)一步提高初始設(shè)計(jì)的合理性，加大動(dòng)態(tài)化、信息化、系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方法的推廣力度，積極運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)時(shí)、精確捕捉設(shè)計(jì)全過程中的各種信息，及時(shí)進(jìn)行反饋，不斷優(yōu)化圍巖控制設(shè)計(jì)，并確保巷道安全。

　　(6) 錨桿支護(hù)已成為煤礦巷道圍巖控制的主體方式，解決了一般條件巷道支護(hù)問題。但對(duì)于復(fù)雜困難巷道，仍有很多難題需要深入研究。在錨桿支護(hù)理論方面，需要進(jìn)一步研究大變形巷道錨桿支護(hù)機(jī)制、錨桿與錨索協(xié)調(diào)作用機(jī)制等。在錨桿支護(hù)材料與構(gòu)件、井下施工及監(jiān)測(cè)等方面，還需開發(fā)適應(yīng)高應(yīng)力、大變形、強(qiáng)沖擊的錨桿新材料、新產(chǎn)品；優(yōu)化錨桿支護(hù)構(gòu)件幾何參數(shù)及力學(xué)性能，研究構(gòu)件的匹配性；開發(fā)錨桿高精度加工工藝與設(shè)備，提高錨桿加工質(zhì)量；研制錨桿、錨索預(yù)應(yīng)力精確施加技術(shù)與設(shè)備，確保施工質(zhì)量；研發(fā)快速、準(zhǔn)確、無(wú)損的錨桿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，滿足信息化設(shè)計(jì)與安全的要求。

　　(7) 注漿加固是破碎圍巖控制的有效手段。但是與注漿材料和設(shè)備的發(fā)展相比，注漿理論研究已明顯滯后。需要深入研究漿液在不規(guī)則節(jié)理、裂隙及交叉裂隙網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散流動(dòng)規(guī)律，圍巖各向異性、漿液時(shí)變性等因素對(duì)注漿效果的影響。在注漿材料方面，需不斷開發(fā)更適合煤礦巷道圍巖的新型低成本、環(huán)境友好型注漿材料。在注漿質(zhì)量檢測(cè)與注漿效果評(píng)價(jià)方面，研發(fā)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注漿壓力、流量、漿液黏度等注漿參數(shù)的儀器，及可靠的注漿效果檢測(cè)儀器，以提高注漿施工質(zhì)量，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)注漿效果。

　　(8) 卸壓法是高應(yīng)力、強(qiáng)采動(dòng)巷道圍巖控制的有效應(yīng)力途徑。目前，水力壓裂法得到較多應(yīng)用，但無(wú)論在水力壓裂卸壓機(jī)制、工藝技術(shù)，還是施工機(jī)具、設(shè)備及監(jiān)測(cè)儀器方面，仍需進(jìn)行大量深入的研究工作。包括煤巖體中水力裂縫起裂、擴(kuò)展規(guī)律及卸壓機(jī)制；水力壓裂參數(shù)的定量化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性；水力壓裂機(jī)械化、自動(dòng)化施工設(shè)備研發(fā)，提高施工質(zhì)量與效率；水力裂縫擴(kuò)展與卸壓效果檢測(cè)、監(jiān)測(cè)儀器開發(fā)，實(shí)現(xiàn)水力壓裂效果的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

　　(9) 除個(gè)別巷道地質(zhì)條件好的礦區(qū)，我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)速度仍普遍較低，不能滿足采煤工作面快速推進(jìn)的要求。應(yīng)根據(jù)不同巷道圍巖條件，開發(fā)不同形式的快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)及裝備，提高掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，并向智能化發(fā)展，從而大幅提高成巷速度，解決日益突出的采掘接續(xù)緊張的矛盾。

　　總之，隨著我國(guó)煤礦開采深度、范圍、強(qiáng)度的不斷增加，軟弱破碎圍巖巷道、深部高應(yīng)力巷道、受強(qiáng)烈采動(dòng)影響巷道、沖擊地壓巷道等復(fù)雜困難條件越來(lái)越多，對(duì)巷道圍巖控制技術(shù)提出更高、更嚴(yán)格的要求，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，仍需要進(jìn)行持續(xù)不斷的攻關(guān)研究。