淺談煤礦沿空留巷支護(hù)技術(shù)

都韜任

(龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司新發(fā)煤礦 黑龍江 雞西 158100)

淺談煤礦沿空留巷支護(hù)技術(shù)

都韜任

(龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司新發(fā)煤礦 黑龍江 雞西 158100)

針對(duì)礦井煤炭資源日趨緊張的實(shí)際情況，為最大限度回收煤炭資源，延長(zhǎng)礦井開(kāi)采壽命，煤礦推行科技興企戰(zhàn)略，采用沿空留巷工藝，進(jìn)一步解放了呆滯煤量，提高了煤炭資源回收率，提升了企業(yè)效益。沿空留巷技術(shù)就是煤礦開(kāi)采技術(shù)的一項(xiàng)重大改革，它對(duì)提高煤炭回收率，降低掘進(jìn)率，緩解采掘接替的緊張狀況，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益都有十分重要的意義。

煤礦;沿空留巷;切頂卸壓

一、沿空留巷原理

沿空留巷在采動(dòng)高應(yīng)力作用下，圍巖發(fā)生大變形，破裂區(qū)、塑性區(qū)范圍大，巷內(nèi)支護(hù)通常采用既能起到主動(dòng)支護(hù)，又能適應(yīng)于圍巖大變形的高強(qiáng)度錨桿作基本支護(hù)。支護(hù)目的是提高并發(fā)揮圍巖的自承能力，實(shí)現(xiàn)支護(hù)體與圍巖共同承載。Gramberger該準(zhǔn)則是，脆性巖石的初始破裂總是拉應(yīng)力所致，而且初始破裂面總是垂直于拉應(yīng)力方向;或者說(shuō)初始破裂面總是平行于最大主應(yīng)力和中間主應(yīng)力，垂直于最小主應(yīng)力。該準(zhǔn)則對(duì)于判斷巖石初始破裂面方向是十分有效的。如果發(fā)現(xiàn)巖石的初始斷

面發(fā)展方向，該準(zhǔn)則可以判斷巖石的主應(yīng)力方向及其大小。因此，Gramberger準(zhǔn)則對(duì)于研究地下工程的支護(hù)前期作用是很有用的［1］。

二、預(yù)裂爆破基礎(chǔ)理論

堅(jiān)硬頂板的基本物理力學(xué)特性具有巖石彈性模量大、抗壓強(qiáng)度高、巖層節(jié)理裂隙和斷裂構(gòu)造不發(fā)育、巖層整體性強(qiáng)以及分層厚度大等特點(diǎn)。初釆期間，為了讓堅(jiān)硬頂板提前斷裂垮落，必須采取一些措施改變堅(jiān)硬頂板的物理力學(xué)特征，其中改變巖石的彈性模量和抗壓強(qiáng)度比較難。但是，用爆破的方法可以改變巖石的整體性，增加巖石的裂隙，從而弱化頂板，促使頂板提前跨落。爆破是目前破碎巖石最常用的一種手段，由于具體爆破時(shí)的工程地質(zhì)條件、巖體的不均質(zhì)、爆炸的高溫、髙壓等特點(diǎn)，世界各國(guó)學(xué)者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，并借助了一些髙科技手段對(duì)爆破的各種現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)和解釋，并提出了各種假說(shuō)和理論［2］。巖體爆破破碎的原因主要有三種:

(一)爆生氣體膨脹壓力理論

該理論認(rèn)為巖體的破壞主要是由于爆生氣體的壓力，炸藥爆炸后，爆生氣體膨脹并對(duì)炮孔壁產(chǎn)生壓力場(chǎng)。這種應(yīng)力導(dǎo)致巖石質(zhì)點(diǎn)的徑向位移，從而產(chǎn)生徑向裂隙。不同方向上的阻力不等，爆炸后引起的質(zhì)點(diǎn)位移也不同，最小抵抗線方向離自由面最近，因此阻力也最小，質(zhì)點(diǎn)在該方向的位移最大。各方向質(zhì)點(diǎn)位移的不同導(dǎo)致剪應(yīng)力，剪應(yīng)力超過(guò)巖體抗剪強(qiáng)度導(dǎo)致巖體剪切破壞。如果還有剩余能量，爆生氣體將對(duì)巖體產(chǎn)生拋擲作用。

(二)應(yīng)力波反射理論

該理論認(rèn)為巖體的破壞主要是由于應(yīng)力波反射造成。爆炸后爆轟波沖擊炮孔，之后轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力波，應(yīng)力波遇到自由面反射轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力波。反射的應(yīng)力波超過(guò)巖體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖體發(fā)生拉伸破壞。巖體的

破壞是從自由面向爆心擴(kuò)展的，爆生氣體的膨脹壓力比應(yīng)力波小得多，并且?guī)r體的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多，因此巖體破壞的主要原因是應(yīng)力波反射的拉伸應(yīng)力波。

(三)爆生氣體膨脹壓力和應(yīng)力波反射共同作用理論

該理論認(rèn)為巖體的破壞是爆生氣體膨脹壓力和應(yīng)力波反射共同作用的結(jié)果，它們分別在爆破的不同階段發(fā)揮作用。爆炸產(chǎn)生的爆轟波傳播到炮孔壁后在巖體中迅速衰減為應(yīng)力波，應(yīng)力波在炮孔周圍造成巖體的“壓碎”，并且在壓碎區(qū)域的外圍造成徑向裂隙，之后爆生氣體滲入裂隙并不斷沿徑向擴(kuò)展，使得裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張，直到能量耗盡，裂隙停止擴(kuò)展，沖擊波在巖體破壞中占有非常重要的作用。

三、切頂卸壓沿空留巷技術(shù)

沿空留巷是為了回收傳統(tǒng)采礦方式中預(yù)留的保安煤柱，采用一定的技術(shù)手段將上一區(qū)段的順槽重新支護(hù)留給下一個(gè)區(qū)段使用，對(duì)原順槽位置進(jìn)行保留的一種技術(shù)方法。但未施工切頂卸壓沿空留巷的下幫會(huì)切頂，給恢復(fù)帶來(lái)較大的難度，且在回采過(guò)程中壓力較大，頂板管理難度大，而施工切頂卸壓的話不僅可以使頂板下沉量小，完整度較好且恢復(fù)方便，同時(shí)還可以降低掘進(jìn)率及生產(chǎn)成本，解決采煤工作面銜接緊張局面，可以說(shuō)切頂卸壓沿空留巷技術(shù)是目前最先進(jìn)的一種無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)。切頂卸載就是采用各種技術(shù)手段將沿空留巷靠采空區(qū)一側(cè)的頂板切落下來(lái)，既消除采空區(qū)內(nèi)的懸頂，又將頂板斷裂線推移到巷道外側(cè)的采空區(qū)內(nèi)，而巷內(nèi)頂板一端以煤璧為支撐，另一端則按巖層斷裂角由下往上斷裂跨落，形成組合式的“懸臂梁”結(jié)構(gòu)，巷道就處于該結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，巷內(nèi)支護(hù)的主要作用是維持直接頂?shù)耐暾?，盡量減小直接頂之間和直接頂與老頂之間的離層。

(一)切頂卸壓沿空留巷力學(xué)機(jī)理

通過(guò)切頂爆破的預(yù)裂切縫改變了沿空巷道上覆懸伸頂板巖體的結(jié)構(gòu)，將巷道上覆巖層形成的懸臂縮短，減輕了沿空留巷巷道內(nèi)支護(hù)的壓力。留巷支護(hù)體只需承擔(dān)巷道寬度上方一定范圍內(nèi)的巖體產(chǎn)生的重力及扭力即可，切頂將明顯改變留巷只護(hù)體所承受的壓力，使留巷更加容易。通過(guò)錨索的懸吊作用及巷旁只護(hù)體的支撐作用將回采工作面回采運(yùn)輸巷頂板對(duì)下鄰工作煤柱的懸臂梁改變?yōu)閮啥酥С辛?，降低了煤柱的壓力。在采?chǎng)頂板周期來(lái)壓作用下，懸伸巖層在上覆壓力擠壓下沿預(yù)裂面切落，極大消散了回采工作頂板對(duì)沿空留巷的壓力影響。將沿空留巷視為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對(duì)需要保留的巷道掘進(jìn)前預(yù)先考慮后期沿空留巷技術(shù)的需要，增加錨索支護(hù)，使沿空留巷后的巷內(nèi)支護(hù)體強(qiáng)度滿足采動(dòng)影響的要求［3］。

(二)切頂卸壓沿空留巷的優(yōu)勢(shì)

切頂卸壓在沿空留巷中的施工技術(shù)應(yīng)用表明，與傳統(tǒng)護(hù)巷技術(shù)相比較，沿空留巷在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都其有很大的優(yōu)越性，不僅可使采區(qū)回采率提高，使采區(qū)巷道的掘進(jìn)率降低，避免了工作而接替緊張的局面;而且可以使護(hù)巷成本降低，節(jié)約掘進(jìn)費(fèi)支護(hù)，其有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益但同時(shí)此種方法也存在著諸多問(wèn)題，如炸藥在聚能爆破管內(nèi)的防滑措施未很好解決，沿空留巷支護(hù)時(shí)安全很難保障，這些都需要我們根據(jù)不同的頂板結(jié)構(gòu)和頂板巖性設(shè)計(jì)鉆孔的間距及裝藥系數(shù)，利用最佳的施工效果來(lái)對(duì)沿頂板掘進(jìn)未破頂?shù)腻^桿巷道進(jìn)行支護(hù)施工，并且往前推進(jìn)的過(guò)程中，必須加強(qiáng)端頭的支護(hù)，及時(shí)拉架，以保障施工人員的安全，同時(shí)可以保證支護(hù)施工的質(zhì)量。只有做到這些，我們才能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采，不僅可以最大限度回收資源，避免煤體損失，而且可以保障施工的安全和質(zhì)量，最大限度地帶來(lái)更多的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)有沖擊地壓的采空區(qū)四周進(jìn)行切頂卸壓 (開(kāi)采前對(duì)開(kāi)切眼切頂，回采過(guò)程中對(duì)兩巷切頂，根據(jù)推進(jìn)距離進(jìn)行工作面的切頂)，減小來(lái)壓范圍和來(lái)壓強(qiáng)度，防止工作面大面積頂板來(lái)壓形成沖擊地壓。對(duì)堅(jiān)硬直接頂進(jìn)行定期切頂卸壓，減小直接頂來(lái)壓步距和來(lái)壓強(qiáng)度，讓直接頂垮落后充填采空區(qū)，防止老頂?shù)拇竺娣e來(lái)壓對(duì)工作面支架造成的損壞。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)沿空留巷理論進(jìn)行分析，結(jié)合深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，提出了切頂卸壓沿空留巷支護(hù)技術(shù)，通過(guò)深孔爆破人為在沿空留巷頂板切縫，利用工作面頂板的來(lái)壓切斷頂板，減少頂板懸臂長(zhǎng)度，降低沿空留巷頂板壓力，改變圍巖應(yīng)力環(huán)境，有利于沿空留巷頂板支護(hù)及穩(wěn)定。

［1］賈世林.近距離煤層下沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究 ［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2017，(10):58－59.

［2］楊富強(qiáng)，相嘯宇，張玉寶，等.堅(jiān)硬頂板沿空留巷巷旁支護(hù)技術(shù)及工程應(yīng)用 ［J］.煤炭工程，2017，(08):78－81.

［3］黃士輝.沿空留巷巷旁充填支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用 ［J］.山東煤炭科技，2017，(01):1－3.

都韜任 (1989－)，男，漢族，黑龍江雙鴨山人，新發(fā)煤礦安全監(jiān)察部副部長(zhǎng)，助理工程師，大學(xué)本科，龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司新發(fā)煤礦。