深井煤礦開采支護(hù)技術(shù)探索

摘 要：隨著煤礦開采逐步向深部發(fā)展，該文具體分析了深井煤礦開采支護(hù)技術(shù)所面臨的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，探討了相關(guān)解決方案，介紹了深井煤礦開采相適用的拱形斷面及錨桿支護(hù)技術(shù)及施工工藝。

關(guān)鍵詞：錨桿 深井 支護(hù)

中圖分類號：TD82文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0080-01

目前在我國主要一次能源是煤炭，煤炭為我國提供了70%以上的能源，煤炭生產(chǎn)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，煤炭產(chǎn)量多年來一直位居世界第一。在我國已探明的煤礦資源中，60%以上埋藏在800 m以下的地下，隨著開采深度及強(qiáng)度的增加，各種地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，改善圍巖及有效支護(hù)變得困難，特別是具有軟巖性質(zhì)的圍巖，在生產(chǎn)施工過程中，若得不到有效支護(hù)，極易引起巖爆、突水、熱災(zāi)害、冒頂、滲流、圍巖流變等突發(fā)性工程災(zāi)害和重大惡性事故，繼而影響煤礦開采掘進(jìn)速度。筆者針對我國深部煤礦開采地質(zhì)條件的特殊性和復(fù)雜性進(jìn)行了實(shí)際考察和研究，總結(jié)了現(xiàn)有深井煤礦開采支護(hù)技術(shù)，拱形斷面支護(hù)、高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿是解決深部開采較為有效的支護(hù)形式，而分布施工是先進(jìn)的工藝技術(shù)，對相關(guān)工程工作者具有重要的指導(dǎo)意義。

1 深井煤礦開采面臨的技術(shù)難點(diǎn)

煤炭資源開采逐漸向深部發(fā)展已成為當(dāng)今世界主要深井開采國家德國、波蘭等國十分關(guān)注的問題。目前我國34處采深大于1000 m的礦井其開采深度正以平均每年10～25 m的速度下延。煤炭深部開采面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)，突出表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

深井煤礦開采，礦壓顯著加劇，所需巷道斷面必需加大，繼而增加了巷道維護(hù)的難度。調(diào)查顯示，當(dāng)采深每增加100 m，巷道斷面就需要增加8.1%左右，煤、半巖煤巷需增加32%，同時(shí)地壓增大，圍巖因而處在深部高應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)更加劇烈，加重了巷道變形和破壞力。在煤礦深井開采過程中，巷道礦壓嚴(yán)重問題直接導(dǎo)致了巷道維護(hù)困難，巷道失修率提高。

深井煤礦開采，煤巖體應(yīng)力增大，潛在的沖擊地壓危險(xiǎn)煤層數(shù)量增加了，由于開采范圍的擴(kuò)大，在我國發(fā)生沖擊地壓的礦井?dāng)?shù)量從50年代的7個(gè)逐漸增加到現(xiàn)今的33個(gè)。1978年，我國組織國內(nèi)外研究學(xué)者對沖擊地壓開展科研攻關(guān)，在理論研究和實(shí)踐方面都取得了一定成果。但是，由于我國煤礦開采持續(xù)延深，對沖擊地壓問題的防治工作仍然任重道遠(yuǎn)。

深井煤礦開采，瓦斯含量也大大增加，極易形成煤層與巖層內(nèi)的大量瓦斯向采掘空間突然噴射而出形成瓦斯突出。瓦斯突出具有很高的危險(xiǎn)性和破壞力，甚至造成重大人員傷亡。瓦斯突出是我國比較頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，截止1986年，已有超過200個(gè)礦井發(fā)生瓦斯突出事故12000次以上，全世界約有30%以上的瓦斯突出事故發(fā)生在中國。由于礦井開采的深度和廣度都在增加，高瓦斯含量的礦井?dāng)?shù)量也逐漸增多，為保證深井煤礦生產(chǎn)作業(yè)安全，不能忽視瓦斯突出危險(xiǎn)的問題。

深井煤礦開采，使掘進(jìn)工作面熱害問題凸顯，惡化了工作面氣候條件。德國、俄羅斯等主要產(chǎn)煤國都遇到了不同程度的熱害問題。很過國家的掘進(jìn)工作面溫度高達(dá)50～60 ℃，熱害問題嚴(yán)重影響著施工人員的健康，并造成生產(chǎn)量下降，甚至引發(fā)事故，造成礦區(qū)停產(chǎn)。我國，地質(zhì)自然條件差別很大，深部開采中的熱害問題可分為無熱害礦井和深熱礦井兩種情況。如河北唐山市開灤礦區(qū)，開采深度已達(dá)到1150 m以上，但是地溫仍處于26 ℃以下，屬于無熱害礦井；而在我國其他進(jìn)入深部開采的礦區(qū)中，熱害問題都不同程度影響著礦井作業(yè)的安全。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，美國、加拿大、南非等國很多研究學(xué)者就開始從事涉及深部礦井的相關(guān)問題研究工作，做了大量卓有成效的工作，在深部圍巖的變形機(jī)理、支護(hù)技術(shù)、應(yīng)力控制技術(shù)以及預(yù)防沖擊沖擊地壓技術(shù)取得了不錯(cuò)的理論成果。

中國礦業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)等國內(nèi)知名高校以及煤炭科學(xué)研究院等科技單位對深部開采遇到的問題進(jìn)行了大量系統(tǒng)的研究與試驗(yàn)，取得了以下幾個(gè)方面的成果：

高地壓巷道支護(hù)理論形成了多樣化，如改良的新奧法支護(hù)理論、二次支護(hù)理論、松動(dòng)圈支護(hù)理論以及聯(lián)合支護(hù)理論等，這些支護(hù)理論可以適用于不同的生產(chǎn)實(shí)踐條件下。

錨噴支護(hù)、U型鋼可縮性支架支護(hù)、注漿加固、聯(lián)合支護(hù)技術(shù)等多種支護(hù)形式在改善高地壓巷道圍巖控制方面得到了實(shí)踐應(yīng)用，支護(hù)效果良好。

廣泛推廣應(yīng)用了高強(qiáng)度錨桿、錨索支護(hù)技術(shù)，成為了很多礦區(qū)的主要巷道支護(hù)形式。錨桿支護(hù)成套理論技術(shù)初步形成，對地質(zhì)力學(xué)測試、支護(hù)形式的設(shè)計(jì)與選用、施工工藝及質(zhì)量檢測等起到了有益的作用。

3 深井煤礦開采支護(hù)施工工藝

錨桿支護(hù)在目前及今后仍將是解決深井煤礦巷道支護(hù)的主要技術(shù)。分布施工技術(shù)是較為先進(jìn)深井錨桿支護(hù)施工工藝，其基本思路和支護(hù)原則如下：

首先需要分析煤巖層所處位置是否處于穩(wěn)定狀態(tài)中，若處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，需確立進(jìn)行巷道支護(hù)的目的是改善圍巖完整性，提高圍巖強(qiáng)度，加固圍巖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

針對不同形式的支護(hù)加固，采用分步施工方法達(dá)到圍巖穩(wěn)定。如煤巷加固段，先噴漿一壁后充填，深孔注漿，再對錨桿加強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)，最后作底板處理。針對巖巷正常段，可直接錨桿索支護(hù)-架U型棚直接支護(hù)，噴漿一壁后充填一深孔注漿，最后作底板處理。巖巷破碎段，先進(jìn)行簡單支護(hù)，然后進(jìn)行加固和錨桿支護(hù)，最后作底板處理，巖巷極破碎段，進(jìn)行超前預(yù)注漿——外層錨桿——架U型棚——噴注漿-錨索鎖錨索——底板處理。對斷層破碎帶施工：超前預(yù)注漿——外層頂部錨桿——U型鋼拱形支架——幫部錨桿-噴漿——淺孔注漿——深孔注漿——全斷面錨索——鎖腿錨索梁——臥底+底板注漿錨索

在我國，普遍存在折線形和曲線形礦井巷道斷面形狀，曲線形巷道斷面能夠降低巷道斷面四周的拉應(yīng)力，起到優(yōu)化作用，巷道的穩(wěn)定性較好，在深井高應(yīng)力條件下，圍巖塑性區(qū)分布與巷道斷面的等效開挖半徑緊密相關(guān)，斷面形狀不同，低效加固區(qū)就不同，但圍巖塑性區(qū)分布大體是相近的：

實(shí)際施工時(shí)要根據(jù)應(yīng)力分布特點(diǎn)，巷道用途，服務(wù)年限，圍巖自身穩(wěn)定性等各種因素選擇合理的斷面形狀，盡量考慮優(yōu)選等效開挖后的圓形巷道或橢圓形斷面，以便于支護(hù)設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇。

4 結(jié)語

該文通過參考了國內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)，深入研究分析了目前深井煤礦開采中所面臨的支護(hù)問題。并介紹了適用于錨桿支護(hù)技術(shù) 的分步施工工藝，對深井巖巷圍巖控制的理論研究和實(shí)踐指導(dǎo)具有參考價(jià)值，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]何滿潮，袁和生.中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2]王懷新.深井主要巷道支護(hù)方式的研究與應(yīng)用[J].煤礦安全，2003（34）：8.

[3]蔡美峰.中國金屬礦山當(dāng)前面臨的主要問題及對策[J].礦業(yè)工程，2003，1（1）：4043.