淺析大壓力條件下巷道壓力控制的研究

摘 要：自六十年代末期到目前，我國礦壓與巖層控制研究有著日新月異的變化和進(jìn)展，伴隨開采深度的加大導(dǎo)致巷道支護(hù)資金的增多和維護(hù)條件的惡化。而要想實(shí)現(xiàn)煤炭高產(chǎn)高效的關(guān)鍵在于巷道礦壓的控制技術(shù)。本文淺析了大壓力條件下巷道壓力控制的研究。

關(guān)鍵詞：礦壓控制；巷道壓力；支護(hù)；壓力控制

引言

在具體的工程實(shí)踐中，采掘四周巖體內(nèi)及作用在支護(hù)物體上的力被稱為礦山壓力，簡稱礦壓。采掘工程引發(fā)了礦壓，沒有開掘采煤的活動(dòng)，就不會(huì)產(chǎn)生礦壓。抵抗礦壓一般通過提升支架的支撐力或者支護(hù)密度的方法來制止圍巖的移動(dòng)，提高巷道抗變形能力。

1 巷道礦壓控制的常見方法

巷道的礦壓控制主要包括巷道保護(hù)、巷道支護(hù)和巷道維護(hù)三類方法，總結(jié)目前使用的各種礦壓控制措施，按其對礦壓的原理分類，主要有以下幾種：

1.1 抵抗礦山壓力

巷道礦壓控制傳統(tǒng)方法以“抗壓”為主，當(dāng)?shù)V壓表現(xiàn)非常明顯時(shí)，使用強(qiáng)制方法對巷道進(jìn)行維護(hù)。方法包括：增加型鋼質(zhì)量或提高性能，提升支架承載力；增強(qiáng)支護(hù)密度；填充支架后面空間；使用注漿加固技術(shù)。

此種方法不受巷道布置地點(diǎn)及掘巷時(shí)間的束縛，但其需要消耗大量的人力和物力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，開采費(fèi)用高，不容易得到滿意的效果。

1.2 避開高應(yīng)力區(qū)

把巷道設(shè)定在天然低壓力范圍區(qū)，使時(shí)間和空間上，躲開較高的壓力作用。措施包括：在煤體邊緣或下方的低壓區(qū)里設(shè)置巷道；錯(cuò)開受調(diào)壓影響的時(shí)間，在壓力完全穩(wěn)定后繼續(xù)挖掘。這樣的辦法有效的將巷道受壓力降低，對支護(hù)工作有益，可是需多開輔助巷道，或者延遲挖掘時(shí)間，使采掘接替緊張。

1.3 移走高壓

人工的辦法使巷道松動(dòng)，將載荷流動(dòng)到距巷道遠(yuǎn)一些的位置，以便降低巷道的壓力，一些手段包括：對巷幫、底板施工卸載槽孔；寬面掘進(jìn)或在巷旁有意留出卸載空間；利用跨采工作面達(dá)到巷道的卸載。

此種方法不受巷道地點(diǎn)和掘進(jìn)時(shí)間束縛，但與卸壓措施相關(guān)額外費(fèi)用有所增加。

1.4 釋放高壓

礦壓較大時(shí)，以常規(guī)的支護(hù)措施及支架自身沒有受到嚴(yán)重破壞為前提，允許圍巖適當(dāng)變形，達(dá)到釋放能量的作用，具體措施包括：使用有一定阻力的可縮支架；預(yù)留備用斷面減緩巷道受壓收縮；允許巷道底鼓對其進(jìn)行機(jī)械化起底。此種方法有效地利用了圍巖的支撐力，減緩支架受載力，如果合理的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)無維修護(hù)巷，對生產(chǎn)有著積極的作用，但復(fù)雜的支架結(jié)構(gòu)或掘進(jìn)的支出費(fèi)用有所增加。

2 充分發(fā)揮支架與圍巖共同承載作用

一般的地面作業(yè)和井下支架存在實(shí)質(zhì)上的差別，支架可以承受的力的大小，由本身的力學(xué)性質(zhì)以及支護(hù)的對象共同決定的。所以，我們要把“支架-圍巖”看成一個(gè)“不分你我”的力學(xué)相互作用的體系。

2.1 圍巖自身的承載能力

圍巖具有自承力，一定的程度上，也是一種天然承載構(gòu)件。例如：堅(jiān)硬巖層中的巷道在采掘過程中，通常不使用人工支護(hù)的方法，就可以保持長期的穩(wěn)定性；部分礦井產(chǎn)生的所謂“巖石橋”現(xiàn)象。巖層受到損壞、折斷時(shí)，其巖層相互磨擦及鉸鏈作用力，導(dǎo)致壞斷的巖層有承受作用。因此，要充分使用圍巖天然的承受力，從而減小人為支架的壓力，才能達(dá)到最好的效果?？墒?，圍巖的承受能力很有限，要在確保安全的條件下，找到“支架-圍巖”彼此作用的投合點(diǎn)。實(shí)際生產(chǎn)里，一般采用人為方法增加圍巖強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)增加圍巖承受能力的目的。

2.2 支架與圍巖共同承載的支護(hù)方式

想要充分地利用圍巖的自承力，同時(shí)保證圍巖完好無損，較好的辦法是使用巷道支架向圍巖提供適當(dāng)阻力，當(dāng)圍巖承受支架一定阻力時(shí)，有限制地巷道空間內(nèi)發(fā)生形變，與此同時(shí)，支架自身也因圍巖抗力作用發(fā)生形變。支架與圍巖雙方的受力大小和產(chǎn)生形變程度，與對方相關(guān)，隨對方變化而變化。它們共同承載的支護(hù)方式有以下幾種：

2.2.1圍巖的自承力必須要充分的利用起來，要使安設(shè)支架時(shí)間盡可能延后一些，在開掘巷道后，這樣做能夠?qū)崿F(xiàn)，有助于減輕支架受載、利用變形釋放能量的結(jié)果。可是為確保安全，支護(hù)時(shí)間決不能太晚了。不但要允許圍巖產(chǎn)生一定形變，而且還要在圍巖發(fā)生變形前進(jìn)行支護(hù)。

2.2.2及時(shí)控制、減小圍巖形變，是一次支護(hù)主要作用，杜絕單個(gè)危巖掉落發(fā)生事故，絕不是像“支架-圍巖”體系實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡。相對的，一次支護(hù)之后還要使圍巖適當(dāng)?shù)陌l(fā)生一些形變，以至于陸續(xù)放出一定能量。因此，立刻支護(hù)是對一次支護(hù)的央求，況且用支護(hù)之后，要許可圍巖產(chǎn)生形變。必須說明，一次支護(hù)不同于臨時(shí)支護(hù)，是因?yàn)樗蟛恍枰鹦叮潜４嫫饋砼c二次支護(hù)一起受載，免得圍巖遭受到其余的擾動(dòng)和損壞。

2.2.3進(jìn)一步促使圍巖的穩(wěn)固、增大安全性是二次支護(hù)的作用，它要在圍巖已發(fā)生一些形變、能量發(fā)生一些釋放之后產(chǎn)生；所以，普通情況下要在一次支護(hù)之后歷經(jīng)比較長時(shí)間（數(shù)月）才會(huì)進(jìn)行。正常來講，圍巖沒有顯著的變化或即將要產(chǎn)生損壞的趨向，二次支護(hù)也會(huì)晚一點(diǎn)實(shí)施，二次支護(hù)的情勢同樣不受限制。不過它最好同一次支護(hù)沒有空隙，以至于更好的實(shí)現(xiàn)同一支護(hù)的結(jié)果。進(jìn)行二次支護(hù)之后，是否能有效的維持巷道的穩(wěn)固性還需要根據(jù)具體狀況來定。一般人們通常將二次支護(hù)定義為永久支護(hù)，對于這樣的說法其實(shí)不準(zhǔn)確，是因?yàn)椴蓞^(qū)巷道的一些地段在產(chǎn)生采動(dòng)劇烈影響之后，通常又將二次支護(hù)給以拆除，而且將其移到別的地段反復(fù)使用，這樣的情況下，二次支護(hù)肯定不能叫永久支護(hù)，反而是發(fā)揮出暫時(shí)加強(qiáng)支護(hù)的作用。

2.2.4影響支護(hù)效果的一些主要因素有：圍巖性質(zhì)、支護(hù)時(shí)間、支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、支護(hù)工藝程序。假如采取圍巖密接的支護(hù)方法，支架的背后充填，將對控制圍巖的形變有積極的效果。一次支護(hù)、二次支護(hù)的方式，對時(shí)間施工工藝可以是不一樣的，我們對不同類型的巷道要一切以實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)造出科學(xué)的、有效的方法。

3 結(jié)束語

綜上所述，在研究大壓力條件下巷道壓力控制問題時(shí)，“支架-圍巖”是要當(dāng)做一個(gè)彼此作用、一同承載的力學(xué)系統(tǒng)，將支架、圍巖在互相作用、相互依賴的要求下完成共同承載，開展巷道支護(hù)，使起到簡單快捷、經(jīng)濟(jì)、安全的支護(hù)效果。

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