礦業(yè)回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)探析

劉星宇

榆林神華能源有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000

煤礦的回采巷道礦山壓力控制，同煤礦所在處位置的地質(zhì)巖層運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力分布條件、應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力大小等等都有著密不可分的聯(lián)系。無(wú)論是由于頂板坍塌，還是巖層運(yùn)動(dòng)被打破這種狀況，都是同重力的應(yīng)力場(chǎng)有著密不可分的關(guān)系，也就是說(shuō)無(wú)論何種的應(yīng)力條件的實(shí)現(xiàn)，都是與巖層的運(yùn)動(dòng)和破壞是無(wú)法分開(kāi)的。所以保證煤礦井下工人及設(shè)備安全，保證開(kāi)采效率，就要對(duì)回采巷道礦山壓力進(jìn)行控制。

1 礦業(yè)回采巷道礦山壓力控制分析

神木是一個(gè)煤炭資源豐富的地區(qū)，煤礦行業(yè)非常發(fā)達(dá)，分布有中國(guó)神華、中煤等大型央企以及眾多的私人煤礦，而巷道礦山壓力控制與支護(hù)作為煤炭開(kāi)采中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，煤炭生產(chǎn)水平和效益直接受到此項(xiàng)技術(shù)的影響。在回采巷道中，由于礦山壓力和支護(hù)形式這兩個(gè)關(guān)鍵因素沒(méi)有被很好的結(jié)合利用，導(dǎo)致諸多回采巷道或多或少的暴露出一定程度的破壞。查閱了一些之前的資料，不同形式的支護(hù)巷道當(dāng)中幾乎所有的巷道都受到支護(hù)質(zhì)量較差的影響，出現(xiàn)了不同狀況的損壞。并且查閱了大量礦井回采巷道的實(shí)際形狀以及在回采時(shí)的礦山壓力受力狀況之后，同時(shí)結(jié)合神木縣的煤礦回采巷道發(fā)現(xiàn)，如果所要開(kāi)采的煤層是傾斜的，工作面采用的走向長(zhǎng)壁式布置時(shí)，并且回采巷道的周圍條件是不一樣的，那么回采巷道所受到的礦山壓力及顯現(xiàn)也是不相同的。如果回采巷道具采用同樣的支護(hù)形式而且斷面是相同的，但巷道周圍具有不同的地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件，巷道所受的礦山壓力也會(huì)大不相同。總而言之，礦山壓力會(huì)對(duì)煤礦回采巷道產(chǎn)生一定的破壞。

2 礦業(yè)回采巷道礦山壓力分析

2.1 礦業(yè)回采巷道礦山壓力的產(chǎn)生

礦山壓力，我們從其字面上理解就是位于回采巷道上面的礦山，還有地面對(duì)煤礦的回采巷道的外壁產(chǎn)生不同的作用力。我們?cè)诳刂泼旱V回采巷道的礦山壓力時(shí)，要將礦山的巖層運(yùn)動(dòng)以及作用力的大小、分布的狀態(tài)都考慮進(jìn)去，這些因素都會(huì)對(duì)煤礦回采巷道礦山壓力的控制起到?jīng)Q定性的作用。在一些煤礦中，出現(xiàn)的頂板坍塌事故，同頂板上礦山巖層的運(yùn)動(dòng)被破壞是具有直接關(guān)系的，巖層如果遭到破壞，那么其被破壞的范圍及被破壞后是否有內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)這樣的外力進(jìn)行支撐，在巖層遭到破壞之后重力應(yīng)力場(chǎng)也會(huì)重新分布，上面的兩個(gè)因素在通常的狀況下是同時(shí)存在的，而且這兩個(gè)因素也是分布在煤礦回采礦道外面巖層的重力以及整個(gè)煤層上方用來(lái)支撐的壓力。因此，在一定回采的狀態(tài)之下，應(yīng)力條件是通過(guò)巖層的破壞和運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這樣的時(shí)間和空間之下，應(yīng)力場(chǎng)可以說(shuō)是相對(duì)靜止的，巖層的破壞和運(yùn)動(dòng)，引起了一個(gè)全新的轉(zhuǎn)化狀態(tài)。

2.2 礦業(yè)回采巷道礦山壓力的種類

在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中巷道進(jìn)行維護(hù)和掘進(jìn)過(guò)程中在分布范圍的回采支撐壓力,在這樣的狀態(tài)之下，由于回采的原因會(huì)使部分的巖層受到影響，其所影響的巖層范圍之內(nèi)，巖層的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的重力對(duì)所破壞范圍的內(nèi)用來(lái)維護(hù)和掘進(jìn)巷道的回應(yīng)力大小起到了決定性的作用。一旦停止回采所影響的巖層破壞運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)應(yīng)力場(chǎng)所牽涉的范圍之內(nèi)進(jìn)行維護(hù)和掘進(jìn)的巷道巖層應(yīng)力就會(huì)發(fā)生非常微小的轉(zhuǎn)變。在原始應(yīng)力場(chǎng)當(dāng)中進(jìn)行維護(hù)和掘進(jìn)的巷道所要承受的礦山壓力,在原始應(yīng)力場(chǎng)當(dāng)中進(jìn)行維護(hù)和掘進(jìn)的巷道，也就是避開(kāi)了回采支撐壓力的影響所進(jìn)行的維護(hù)和掘進(jìn)巷道。這樣的應(yīng)力之下，我們依照原始的應(yīng)力場(chǎng)特點(diǎn)，將其劃分成不同的兩種狀況：第一種狀況壓力是由于上覆巖層的重力所產(chǎn)生的，這樣的壓力所產(chǎn)生的原因是單一的重力作用，是一種原始的應(yīng)力場(chǎng)；第二種狀況同第一種狀況不同，不僅僅只是重力一種原因，還有一些結(jié)構(gòu)的應(yīng)力對(duì)它的作用，這種狀況下的原始應(yīng)力場(chǎng)會(huì)有殘余結(jié)構(gòu)應(yīng)力的存在。

3 巷道礦山壓力支護(hù)選型設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的支護(hù)設(shè)計(jì)

在支護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)其主要的影響因素除了要注意選擇合適的巷道掘進(jìn)和維護(hù)時(shí)間，同時(shí)要注意根據(jù)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)受力是如何變形發(fā)展的，我們要根據(jù)這兩點(diǎn)進(jìn)行支護(hù)的設(shè)計(jì)。通過(guò)這兩個(gè)方面，我們可以將這一過(guò)程分成兩個(gè)發(fā)展階段：第一個(gè)階段我們可以將其設(shè)定為內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)形成前的初始階段；第二個(gè)階段則是內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)成熟階段，即發(fā)展和形成階段。下面就兩個(gè)階段來(lái)細(xì)致分析?；夭上锏乐ёo(hù)技術(shù)的核心是將采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型作為整個(gè)技術(shù)的主要內(nèi)容，而且此系統(tǒng)可以在不同的空間條件之下將系統(tǒng)當(dāng)中內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)所掘進(jìn)和維護(hù)巷道支護(hù)予以解決。如果空間不同，那么掘進(jìn)和維護(hù)回采巷道礦山壓力是從何而來(lái)，其大小是怎樣的，同時(shí)分析了裂斷的巖梁之間有哪些運(yùn)動(dòng)關(guān)系，最后系統(tǒng)研究了回采巷道支護(hù)的核心采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)。

3.2 錨桿支護(hù)的參數(shù)選擇

根據(jù)三種圍巖的穩(wěn)定類型和性質(zhì)，分別可對(duì)不同情況下的錨桿參數(shù)選擇與確定。首先我們來(lái)看下松動(dòng)圈圍巖，這個(gè)類型的圍巖其自重不大，所以錨桿在這種圍巖上的作用非常微小，因此，對(duì)于此類圍巖，不必進(jìn)行支護(hù)，如果有需要可以利用噴射混凝土這種方式進(jìn)行支護(hù)。通過(guò)真實(shí)的工程實(shí)踐我們可以看出，用這樣的方法進(jìn)行處理，混凝土厚度要小于20cm。通過(guò)理論和實(shí)踐我們可以看出，如果圍巖的條件是中等穩(wěn)定的，那么圍巖出現(xiàn)碎脹變形的狀況會(huì)較明顯，而這樣的狀況將使巷道巖體出現(xiàn)裂縫或遭到破壞，就不得不用錨桿來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制防止變形。如果錨桿錨固端位于松動(dòng)圈之外的巖體時(shí)，那么錨固端就是處于塑性區(qū)，這時(shí)我們就可以采用懸吊理論對(duì)錨桿參數(shù)來(lái)進(jìn)行確定。這種狀況下，錨桿的作用就是拉伸、擠壓和加固，從而起到保持松動(dòng)圈內(nèi)巖體穩(wěn)定的作用。

錨桿的長(zhǎng)度確定方法。根據(jù)如下公式進(jìn)行：L=LP+L1+L2

在公式中：L 表示的是錨桿的長(zhǎng)度；LP 表示的是圍巖松動(dòng)圈的厚度；L1 表示的是錨桿在錨入松動(dòng)圈后穩(wěn)定圍巖的深度；L2 表示錨桿外露的長(zhǎng)度，在這里單位都是米。如何確定錨桿之間排距，我們假設(shè)錨桿間的排距是等距的，那么應(yīng)滿足下面的條件：

式中：D 表示錨桿間排距，m；Qmin 表示錨桿的最小錨固力，kN；γ 表示圍巖的重力密度值，kN/m3。如何確定錨桿的直徑，通過(guò)每根錨桿所吊的巖石重量來(lái)對(duì)錨桿直徑進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中：d 表示錨桿的直徑，mm；[σ]bios 錨桿體的許用應(yīng)力，N/mm2。在所支護(hù)的巷道當(dāng)中，如果巖石松動(dòng)圈在1.5米以上的時(shí)候，巷道的圍巖就會(huì)有較大的變形，此時(shí)對(duì)其增加支護(hù)強(qiáng)度以外，同時(shí)支護(hù)要有可縮性。實(shí)踐證明，這種狀況下可以使用一種錨噴網(wǎng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的錨桿參數(shù)選擇同上面所述原理相同，只是松動(dòng)圈厚度如果較大，那么其錨桿也相應(yīng)加長(zhǎng)，安裝起來(lái)就會(huì)增加難度，錨固效果也由于拉力加大效果會(huì)打折扣。如果是層狀巖層，錨固點(diǎn)要選擇堅(jiān)硬的巖層，同時(shí)在巷道表面增加金屬網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行噴層處理，使支護(hù)效果更為理想，也就說(shuō)要根據(jù)具體條件而定。

4 結(jié)論

全文對(duì)煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)進(jìn)行了分析，對(duì)此方面我們有了更加系統(tǒng)和詳細(xì)的了解和認(rèn)識(shí)，這些理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為我們今后的煤礦回采提供了非常寶貴的理論經(jīng)驗(yàn)，為回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)的相關(guān)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，給出了支護(hù)設(shè)計(jì)有哪些關(guān)鍵的技術(shù)，以保證在穩(wěn)定的內(nèi)外應(yīng)力場(chǎng)中進(jìn)行回采巷道的掘進(jìn)和維護(hù)。

[1]彭林軍.煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)研究[J].西北煤炭，2008，6(2).

[2]粱湖輝.電力線載波數(shù)據(jù)通信在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2011，1.