復雜條件下回采巷道圍巖控制綜合技術

【摘 要】 回采巷道圍巖控制技術的操作環(huán)境一般比較復雜，極松軟煤層、深井高應力、破碎圍巖等都會給回采巷道的控制與維護帶來諸多困難。經(jīng)實踐研究，可采取層位優(yōu)化技術、打卸壓孔結合打設鎖腿梁方法以及錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護等技術來有效控制各種復雜條件下的回采巷道圍巖控制，避免因支護系統(tǒng)不完善而產(chǎn)生反復的巷道修復和維護，給煤礦生產(chǎn)帶來不必要的經(jīng)濟損失。

【關鍵詞】 復雜條件 ；層位優(yōu)化 ；鉆孔卸壓 ；錨網(wǎng)索

1 前言

隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，對煤礦資源的需求也越來越供不應求，而煤礦開采環(huán)境隨著采深的逐步增加也越來越復雜，煤礦開采事故的發(fā)生率也未得到有效降低，而大部分煤礦事故則是由于不同開采環(huán)境的支護設計缺乏合理的科學依據(jù)，導致礦壓顯現(xiàn)強烈、巷道變性破壞出現(xiàn)塌落。平時修復和維護工作不到位，缺乏科學合理依據(jù)的支護方式的選擇也給煤礦生產(chǎn)增加了支護成本，未能充分利用支架復用率，支護結構帶來的維護難題得不到很好的解決。

回采巷道圍巖控制技術是動壓巷道中應用的一種特殊的技術。理論上來說，回采巷道圍巖控制技術是不能廣泛應用的，而且國際上對這種技術并不具備一套完善的報道，缺乏必要的參考資料。但在實際的生產(chǎn)過程中，回采巷道圍巖控制技術可有效減輕圍巖與支護破損問題，為礦井正常生產(chǎn)提供可靠地技術保障。

2 應對7煤復雜條件采用的層位優(yōu)化技術

2.1 7煤的復雜條件

7煤的組成形式比較復雜，其煤層一般包括砂泥巖互層、71煤、泥巖、72煤等不同巖性的層面，通常72煤、72煤中會含有夾矸和半煤巖。7煤復雜條件還表現(xiàn)為泥巖充滿巷道底板，具有較差的巖性；其圍巖高程度破碎性、工作面回采以及夾矸互層的問題會造成高應力現(xiàn)象。

2.2 層位優(yōu)化技術

層位優(yōu)化技術包含兩種不同挖掘層位的方案。方案一：可以71煤底板作為巷道頂板，從72煤層底板開始挖進，巷道高度為3.2米，寬度為4.9米；方案二：以71煤頂板為巷道頂板挖進，巷道高度和寬度同方案一的設置相同。兩種方案均可選擇同種頂板錨桿和幫部錨桿做支護，錨桿間排距也可保持相同。

做理論研究時，可采用FLAC3D數(shù)值模擬過程來提供數(shù)值模擬結果，以比較兩種方案哪一個更具有優(yōu)勢。通過研究數(shù)值模擬結果可發(fā)現(xiàn)：方案一中巷道變形情況特別是兩幫最大移盡量都明顯大于方案二，因此，方案二比方案一更具優(yōu)勢。

但在實際工作中，受諸多環(huán)境因素的影響，層位挖掘還需經(jīng)工程實踐來判定。另外，方案二雖然優(yōu)于方案一，但其兩幫移盡量仍然很大，在回采期間巷道的變形問題可能會受到因為側向支撐壓力的影響而加劇惡化，因此礦井技術人員需要采取其他相關措施來完善方案二，以有效解決巷道變形問題。

3 極松軟煤層的錨桿鎖腿梁技術

3.1 極松軟煤層的特點

極松軟煤層因其土層極其松軟，巷道的挖掘過程中比較容易進行，但也正是因為這個特點導致其維護工作特別困難，一般的支護方式往往不能滿足極松軟煤層支護的需求，達不到良好的支護效果。

3.2 打卸壓孔結合錨桿鎖腿梁技術

3.2.1 鉆孔卸壓技術

巷道開始挖掘后，巷道兩側會由于巷道上方露出的巖層重量的偏移而形成應力集中區(qū)域，而應力集中區(qū)在挖掘工作中還會擴展，其具體數(shù)值容易受到挖掘周邊環(huán)境的影響而改變。

巷道成形后，一般會在巷道兩幫打卸壓孔，這樣可為變形留有一定的施展空間，并轉移巷道周邊的高應力到巖層內(nèi)部，增寬應力降低區(qū)，以減少幫部變形，使巷道趨于穩(wěn)定，以達到卸壓的效果，可以做到合理改善層位優(yōu)化技術的方案二的實施。卸壓效果的好壞取決于卸壓孔的長度、卸壓孔距離以及卸壓孔的直徑，一般來講，卸壓孔的長度同支承壓力向圍巖內(nèi)部轉移的深度相同。

3.2.2 錨桿鎖腿梁機理分析

U型鋼拱形可縮性支架是國際上通用的用于支護技術的支架，其高承載力、可縮性、強護表的特點能夠廣泛應用在極破碎性巷道或遇到錨網(wǎng)支護出現(xiàn)變形后的支護工作中。但是目前的U型鋼拱形可縮性支架的研究還不夠完善，其承載性的利用還不夠充分，不能在支護工作中作為“主力軍”來抵抗側幫變形，若工作環(huán)境極其復雜，這個缺點就很容易導致架棚扭曲、折斷，甚至更為嚴重的后果：倒棚，以致發(fā)生安全質量事故。

實際的工程實踐中，工作人員總結出一條支護結構補償原理。因此，可以根據(jù)支護結構的補償原理來彌補U型鋼拱形可縮性支架因承載性不夠造成的失穩(wěn)破壞問題。由原理可知，若要大幅提高支護結構總體上的承載能力，保持其結構的較強的穩(wěn)定性，可在支護結構的某些位置根據(jù)需要施加相應大小的結構補償力。結構補償?shù)募夹g核心是穩(wěn)定裝置的設計，穩(wěn)定裝置要根據(jù)圍巖的特點以及需要進行“補償”的U型棚當前的穩(wěn)定性來設計，注意結構補償位置的確定要謹慎，結構補償能否起到穩(wěn)定作用的關鍵就是機構補償位置的確定。穩(wěn)定裝置有多種選擇方式，通常會采用高剛度的鋼筋網(wǎng)，有時也會用限位卡纜和錨桿鎖腿梁，它們都可起到增強U型鋼拱形可縮性支架的穩(wěn)定性與抗側壓的能力，讓U型鋼拱形可縮性支架支護結構的承載性能更優(yōu)越，有效減小兩幫移盡量，改善巷道變形問題，提高巷道整體的穩(wěn)定性。

打卸壓孔結合錨桿鎖腿梁技術可更加有效的控制巷道變形，提高支護結構的維護性能，以滿足煤礦工程安全生產(chǎn)的需求。安全工作做得到位，就可有效減少平時的維護工作，從而降低工人的勞動強度和維護費用，提高勞動、工作效率，更能有效降低煤礦工程安全質量事故的發(fā)生，讓工人脫離“礦難”的困擾，在很大程度上保證了高效、安全的煤礦工作。

4 深井高應力破碎圍巖的控制技術

4.1 破碎圍巖的危害

回采巷道周圍的破碎、下沉甚至塌落的圍巖導致煤層松軟，即使在煤層比較淺的地方，其維護工作也相當困難，越往深處破碎圍巖帶來的維護難題越明顯。因為本層巷道的圍巖一般會受到雙重支撐壓力的作用，因其本身的易碎性更加容易導致圍巖產(chǎn)生變形活動，會引發(fā)巷道的嚴重變形，直接對礦井的經(jīng)濟效益造成損害。

4.2 破碎圍巖回采巷道圍巖的控制

對于極破碎圍巖的煤層巷道，其頂板支護可采用錨桿、鋼帶、鐵托板、金屬網(wǎng)、錨索、等器材，而兩幫錨桿支護則可選擇錨桿、鋼筋梯梁、鐵托板、金屬網(wǎng)等器材，同時要嚴格加強對施工質量的管理，以保證運輸巷圍巖條件并解決施工過程中爆破產(chǎn)生的問題。在進行爆破時可采用“預留爆破”的爆破方法，爆破所用的炸藥量不能太多，可通過“手稿成形”等人工手段完成挖掘任務，能在一定程度上保證煤礦施工質量。另外，在挖掘時要注意控制循環(huán)進度，盡量減少頂板和兩幫的暴露時間和面積，爆破后要對巷道斷面及時進行支護，防止巷道的頂板出現(xiàn)離層或脫落現(xiàn)象。挖掘時可根據(jù)經(jīng)濟條件適當安排兩臺錨桿機，以做到上文提到的卸壓孔的打鉆和安裝錨桿同時進行，加固支護結構。鋪網(wǎng)時嚴格要求金屬網(wǎng)的質量，以對頂板和兩幫產(chǎn)生理想的徑向約束作用。一般支護工作完成后還要對煤幫按照先上后下的順序對兩幫進行刷幫，注意要預留煤幫，預留的煤幫一般與掘進迎頭相差3排左右的錨桿，而錨索則滯后于錨桿3米左右。

實踐證明，采用以上綜合技術會基本穩(wěn)定巷道圍巖變形問題，支護結構能夠有效地起到支護作用，且錨網(wǎng)帶等材料費明顯少于U型鋼拱形可縮性支架材料，能更有效地提高煤礦工程中回采巷道技術的經(jīng)濟效益，同時兼具安全可靠的優(yōu)點，施工過程做到“防患于未然”，能夠明顯減少安全質量事故的發(fā)生。

5 總結

回采巷道挖掘工作環(huán)境一般比較復雜，要針對不同的工作環(huán)境要采取不同的控制技術和器材材料來解決支護等問題，讓巷道變形程度達到最低，以穩(wěn)定的支護系統(tǒng)保持巷道圍巖的穩(wěn)定性，避免巷道修復和維護帶來的不必要的經(jīng)濟損失，保證煤礦正常生產(chǎn)。

參考文獻

[1] 王文杰.高應力區(qū)巷道卸壓支護技術及應用[J].金屬礦山，2010（3）：23-24

[2] 星寧江.全煤巷鉆孔卸壓技術的應用[J]. 中國煤炭，2011，37（3）：69-70

[3] 黃福昌.兗州礦區(qū)深部開采沖擊地壓防治技術與實踐[J].煤炭科學技術，2010， 38（5）：1-2

[4] 唐永志.淮南礦區(qū)復雜地層大型礦井建設關鍵技術[J] .煤炭科學技術，2010，38（4）： 40-41