淺析深礦井開采礦壓特點及控制技術(shù)的研究

朱春閃 趙英明

摘 要：我國是世界上第一大產(chǎn)煤大國，煤炭儲量大部分都在千米以下，深礦井礦壓給煤礦安全開采增加技術(shù)難題。本文主要闡述了深礦井開采礦壓顯現(xiàn)基本特點，根據(jù)深礦井采掘時巷道礦壓顯現(xiàn)的運動規(guī)律，分析控制礦壓的基本理論，進而從巷道布置和支護形式上予以對礦壓控制，保證巷道使用效率，從而達到經(jīng)濟安全開采的目的。

關(guān)鍵詞：深礦井；礦壓；巷道布置；支護形式

中圖分類號：TD324 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0160-02

我國是世界上第一大產(chǎn)煤國家，煤炭預(yù)測總儲量中73.2%埋藏在1000m以下，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，深礦井開采礦壓帶來的技術(shù)問題日益增多，對當(dāng)前及今后的煤礦安全生產(chǎn)與建設(shè)的影響日益嚴重。及時解決深礦井開采礦壓所涉及的技術(shù)性問題，從長遠看，它對安全、經(jīng)濟、合理的開發(fā)深部煤炭資源具有重要戰(zhàn)略的意義。

近年來，煤礦開采規(guī)模和機械化水平的不斷提高，加速了煤礦開采向深部發(fā)展，深井開采礦壓控制技術(shù)也成為了各采煤國家面臨的嚴重課題。由于不同的產(chǎn)煤國家煤層賦存狀況千差萬別，以及深部開采出現(xiàn)的問題程度不一樣。因此國際上也無統(tǒng)一深礦井的劃分標準，我國對礦井開采深度的分類如下表1所示。

1 要想解決深井開采礦壓問題，必須掌握深井礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

1.1 深礦井開采礦壓顯現(xiàn)的基本特點

（1）地壓增大，巖石破壞過程強化，巷道圍巖變形加劇，沖擊地壓強度增大和頻度增加。

（2）圍巖在高應(yīng)力的作用下，移動更加劇烈，巷道產(chǎn)生變形和破壞更加嚴重，變形速度快、變形量大，巷道周邊變形范圍擴大。

1.2 深礦井巷道礦壓顯現(xiàn)特點

（1）巷道掘進初期變形速度快；

（2）變形趨于穩(wěn)定的時間長和長期蠕變；

（3）巷道底鼓量大；

（4）沖擊地壓發(fā)生的頻率和強度增大。

1.3 巷道隨著開采深度的增加變形一般規(guī)律

（1）研究表明，隨著開采深度的增加，巷道變形量呈近視線性關(guān)系增大，從600m開始，開采深度每增加100m，巷道頂?shù)装逡平科骄黾?0%～11%，如下圖1所示。

（2）開采深度每增加100m的巷道變形量與巖體強度有關(guān)。如下圖2所示。

1.4 深井巷道變形速度規(guī)律

如圖3所示。

觀測巷道為趙各莊礦13水平東翼階段運輸巷，埋深1159m，圍巖為煤至半煤巖，錨噴網(wǎng)支護。

（1）巷道圍巖破裂區(qū)的形成經(jīng)歷了一個時間過程（此時間過程的長短與圍巖破裂范圍即破裂區(qū)厚度有關(guān)）；

（2）深井巷道圍巖破裂的發(fā)展速度在巷道剛開掘時較快，以后逐漸衰減，直至破裂區(qū)完全形成。

2 礦壓控制的基本原理

抵抗礦壓：

（1）主動抗壓。是根據(jù)錨桿或錨索的支護原理，使巷道開挖后的圍巖通過懸吊、組合、楔固、擠壓加固的作用；注漿適用于結(jié)構(gòu)裂隙多的松散巖體，深入巖體內(nèi)部，提高巖體的整體性，發(fā)揮巖體主動支撐能力，達到抗壓作用。

（2）被動抗壓。采用提高支架的支撐能力或支護密度，從而去抑制或減少圍巖移動。

1）忍讓抗壓。在采用適當(dāng)?shù)闹ёo措施和支架本身不遭受嚴重損壞的前提下，允許圍巖有一定的變形，釋放掉圍巖一部分壓力。

2）躲避礦壓。將巷道布置在圍巖應(yīng)力重新分布的巖體內(nèi)或卸載狀態(tài)的低應(yīng)力區(qū)，從時間和空間上躲開高壓力的作用。

3）轉(zhuǎn)移礦壓。用人為的方法使巷道圍巖受到松動，形成卸載槽孔或其它形式的卸載空間，迫使載荷轉(zhuǎn)移到較遠的地點，達到減壓的目的。

3 根據(jù)礦壓控制原理，采取切實可行控制技術(shù)措施。

3.1 優(yōu)化巷道布置

采準巷道的布置應(yīng)避開煤柱集中應(yīng)力、構(gòu)造集中應(yīng)力、采動應(yīng)力的影響，選擇在巖性較為穩(wěn)定的巖石中。深部采區(qū)主要準備巷道應(yīng)以巖巷為主或至少布置一條巖巷。隨著開采深度的不斷增加，回采工作面推進后煤體塑性區(qū)增加，致使區(qū)段煤柱留設(shè)寬度隨之增加，為保證采區(qū)回采率，減少巷道維護，工作面回風(fēng)（運輸）平巷宜采用無煤柱護巷形式?；夭上锏啦贾玫姆轿粦?yīng)使工作面離開斷層推進，使采區(qū)一翼內(nèi)工作面同向推進。避免巷道相向掘進和巷道近距離平行布置，減少相交巷道（或避開銳角），從而減小應(yīng)力集中，減少沖擊地壓的危險性。

3.2 改革巷道的支護形式

對國內(nèi)外大量深井開采礦井的研究表明，布置在中硬以下巖層的巷道變形破壞嚴重（特別受采動影響后），當(dāng)采深在800-1000m以上時，在中硬及中硬以上巖層內(nèi)布置的巷道，若采用傳統(tǒng)的支護方式，巷道維護仍然很困難。巷道支護必須滿足既能加固圍巖又能提供較大的支護力、具有較大的可朔縮性和一定的初撐力等要求，根據(jù)圍巖狀況和巷道條件，采用不同的支護形式。針對深井巷道礦壓顯現(xiàn)特點及支護工作經(jīng)驗的總結(jié)，經(jīng)分析支護上采取的控制措施有以下幾方面。

（1）在開拓巷道中，穩(wěn)定或較穩(wěn)定的圍巖中，以錨網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)支護效果很好，在不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定的圍巖中，宜采用錨網(wǎng)噴加支架的聯(lián)合支護，起到很好的抗壓作用。

（2）在采準巷道中發(fā)展多種形式的U型鋼可縮性金屬支架，是解決圍巖高應(yīng)力、大變形的有效支護形式。提高支架架設(shè)質(zhì)量，嚴禁空幫空頂，提高支架受力狀況。根據(jù)巷道圍巖的實際情況也可采用U型鋼可縮性金屬支架加噴漿的聯(lián)合支護，達到抗壓的目的。

（3）深礦井回采巷道頂板受礦壓影響多數(shù)較為破碎，宜采用錨網(wǎng)加可縮性金屬支架（U型鋼）或錨帶（梁）網(wǎng)適當(dāng)加錨索的聯(lián)合支護；單一的U型鋼金屬支架支護應(yīng)加大支護密度，提高支架強度，合理選擇支護參數(shù)，加強質(zhì)量管理。

（4）回采工作面開切眼礦壓控制，應(yīng)采用錨帶網(wǎng)加支架（工字鋼梯形棚或矩形棚加單體支柱）聯(lián)合支護，一次成巷，避免分次支護，刷大斷面時造成冒頂事故。復(fù)合頂板時錨網(wǎng)帶要緊跟掘進工作面，避免復(fù)合頂板離層，保證作業(yè)者安全。

（5）底鼓巷道的控制，宜采用馬蹄形、圓形、方（長）型可縮性金屬支架的支護形式，根據(jù)具體情況選用哪一種支護，可有效控制底板壓力造成的底鼓。

深礦井開采地質(zhì)條件更加復(fù)雜，災(zāi)害更是俱全，本文只是根據(jù)自己在煤礦多年工作的實踐經(jīng)驗和在書本上所學(xué)，對深礦井開采礦壓造成的影響以及在不同巷道條件下采取如何控制礦壓的措施作以分析和總結(jié)，希望能在今后的礦井安全開采中能夠起到一定的積極作用。