煤礦回采巷道圍巖控制理論探討

劉松

（河北省唐山市開灤集團(tuán)錢家營礦業(yè)分公司綜采二隊，河北 唐山063300）

1 引言

通常情況下，在進(jìn)行煤礦的回采工作前的基本工作布置時，煤礦巷道的建造與加固是非常重要的。隨著工程的開展，巷道內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造條件也越來越復(fù)雜，所以如何控制好巷道內(nèi)的圍巖，加固巷道的建設(shè)，從而實現(xiàn)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)是非常重要的。

2 支護(hù)與圍巖相互作用過程的理論分析

2.1 支護(hù)和圍巖相互作用的經(jīng)典理論

支護(hù)和圍巖相互作用理論是對于煤礦巷道圍巖進(jìn)行有效控制的直接理論基礎(chǔ)。目前在該理論的研究中，一般認(rèn)為煤礦巷道的圍巖的位移與支撐力成反比，因此，對于圍巖的控制工作的重點應(yīng)該是對圍巖的支護(hù)工作。

2.2 支護(hù)—圍巖相互作用的波動平衡

在巖體遭到變形和破壞的過程中，圍巖的狀態(tài)將經(jīng)歷諸如彈性，可塑性性質(zhì)的變化，以及可能處于破裂和松散等狀態(tài)。而在比較嚴(yán)重的情況下，一些煤礦的圍巖構(gòu)造，在挖掘初期就已經(jīng)處于破損的狀況，因此采煤巷道圍巖控制過程會比較復(fù)雜。所以為了實現(xiàn)對圍巖的有效控制，就有必要了解圍巖在不同變形狀態(tài)和支撐條件下如何達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

采礦巷道一般來說可分為三個等級：第一個等級是自穩(wěn)定的狀態(tài)，即圍巖結(jié)構(gòu)無需支撐工作即可實現(xiàn)穩(wěn)定的巷道；第二個是亞自動穩(wěn)定狀態(tài)，即當(dāng)支護(hù)控制條件下圍巖發(fā)生一定變形時，巷道可由其自身形成的支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；最后是非自穩(wěn)定狀態(tài)，意味著圍巖永遠(yuǎn)不會形成自穩(wěn)定性，必須始終保持支護(hù)工程來保持巷道的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3 支架與圍巖的動態(tài)相互作用

受煤礦生產(chǎn)的影響，采礦巷道的地質(zhì)構(gòu)造處于不斷變化的應(yīng)力場。圍巖的穩(wěn)定等級也通常會經(jīng)歷從自穩(wěn)定到非自穩(wěn)定的過渡。由此我們也可以看出，周圍巖石與采礦巷道支撐之間相互作用的平衡規(guī)律是動態(tài)而分階段的。

3 圍巖支護(hù)技術(shù)理論

3.1 懸吊式支護(hù)技術(shù)

在過去，對圍巖的支護(hù)藝術(shù)一般來說多采用懸吊支護(hù)的技術(shù)。假若圍巖周圍細(xì)碎巖石比較多，證明圍巖存在著結(jié)構(gòu)問題，此種情況下懸吊錨桿支護(hù)的應(yīng)用非但無法保障支護(hù)穩(wěn)定性，甚至還會加速巷道中圍巖的坍塌，從而徹底摧毀周圍的巖石結(jié)構(gòu)，不利于穩(wěn)定巷道的構(gòu)造。

3.2 組合梁支護(hù)技術(shù)

作為一種巖性結(jié)構(gòu)，煤礦巷道圍巖巖石層包含很多層次，且這些巖層形式結(jié)構(gòu)多。在實際施工中，施工人員利用組合梁錨桿支護(hù)技術(shù)錨固多層圍巖，提高圍巖承載力。假若巖層破碎程度大，可借助不同巖層間的擠壓與摩擦力，為圍巖穩(wěn)定性的增強(qiáng)創(chuàng)造條件。

3.3 組合拱支護(hù)技術(shù)

在實際施工中，在巖層受到嚴(yán)重破壞的情況下，利用其自身的擠壓和摩擦力可以提高圍巖的穩(wěn)定性，同時采用組合拱錨支護(hù)技術(shù)提高巖石的承載力。在煤礦回采巷道中，組合的拱錨支撐技術(shù)可以用于有效地錨定多層破碎的圍巖[1]。在此基礎(chǔ)上降低圍巖垮落幾率，并根據(jù)巖層間的擠壓與摩擦力，確保拱形結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的承載力，同時該項技術(shù)還有效地降低了圍巖變形的頻率，提高了圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

4 錨桿對圍巖的基本支護(hù)理論

用于基礎(chǔ)支護(hù)的支護(hù)形式是在巷道的建設(shè)中使用強(qiáng)錨，高預(yù)應(yīng)力和錨素支護(hù)系統(tǒng)。通過使用強(qiáng)錨和錨素，可以有效增加高預(yù)應(yīng)力，從而實現(xiàn)對周圍的巖石的擴(kuò)散支撐效果[2]。能夠有效地對周圍巖層中存在的裂紋、裂隙以及結(jié)構(gòu)面的離層滑動進(jìn)行有效的控制，從而確保隧道施工過程中圍巖的穩(wěn)定性和完整性。

5 錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計理論

優(yōu)化錨桿支護(hù)設(shè)計理論，具體來說是指，在煤礦巷道施工期間，工作人員對錨桿圍巖的支護(hù)施工設(shè)計進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃以及一定的優(yōu)化工作。也就是說，要對支護(hù)方案以及具體施工操作流程，進(jìn)行規(guī)范性的設(shè)計與統(tǒng)籌，從而保證錨桿對圍巖的支護(hù)作業(yè)施工環(huán)境更加安全，施工質(zhì)量也能夠得到有效保障。在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計期間，工作人員需要對實際參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真參考和對照，保證所設(shè)計的方案，與實際環(huán)境施工作業(yè)需求更加貼近，全面提高錨桿安裝作業(yè)可執(zhí)行性[3]。其次，工作人員需要對扭矩值進(jìn)行合理控制。根據(jù)以往作業(yè)經(jīng)驗總結(jié)出的施工作業(yè)結(jié)論，以400 為界定值，將具體數(shù)值區(qū)間控制在300～400 之間，從而保證在此范圍值內(nèi)，錨桿安裝作業(yè)操作更加規(guī)范、合理。同時，在對錨桿安裝進(jìn)行規(guī)范設(shè)計時，為合理設(shè)計壓管，形狀通常設(shè)定為球形，從而保證錨桿所承受的負(fù)荷力顯著增大，避免錨桿在承受巨大壓力的狀態(tài)下，出現(xiàn)變形的風(fēng)險，從而最大限度保證巷道內(nèi)部環(huán)境的安全與穩(wěn)定。此外，將錨桿進(jìn)行一體化設(shè)計，對錨桿的枝干、鉆孔等部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而為工作人員規(guī)范施工提供便利條件[4]。

6 結(jié)語

綜上所述，在煤礦回采的巷道施工之中，對圍巖的控制工作是施工的重心，因此，研究錨桿與圍巖的相互作用以及錨桿對圍巖的支護(hù)理論是非常重要的。在實際工作中需要工作人員全面優(yōu)化設(shè)計，因地制宜地做好圍巖的控制工作，更好地進(jìn)行煤礦回采的巷道建設(shè)，從而推進(jìn)煤礦的安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。