特厚礦層綜放開采巷道的支護優(yōu)化設(shè)計

趙衛(wèi)會，孫思楠

（伊犁永寧煤業(yè)化工有限公司，新疆 伊寧 835000）

當(dāng)前礦產(chǎn)行業(yè)不斷在向前發(fā)展，我國對于礦產(chǎn)的開采力度不斷增大，中厚層的礦產(chǎn)儲存量越來越少，需要不斷向下拓展特厚礦層礦產(chǎn)開采深度，厚礦層特厚礦層及的儲存量所占比例還是不斷增大，這就導(dǎo)致了國家對厚礦層的開采效果不佳的問題[1]。為了更好的促進特厚礦層綜放開采的效果，采用逐一分層開采的手段對開采巷道的支護進行優(yōu)化設(shè)計，由于特厚礦層內(nèi)巷道所受的壓力過大，若支護設(shè)計不佳會導(dǎo)致特厚礦層巷道周圍嚴重受損變形，甚至被壓垮，造成了十分嚴重的安全問題，開采巷道的支護對礦產(chǎn)下分層的開采內(nèi)巷道的循環(huán)布置和保護起到重要作用，對巷道的防支護處理以及布置模式進行改進，保證礦層開發(fā)的安全性，更好的實現(xiàn)對特厚礦層綜放開采巷道的支護的優(yōu)化設(shè)計。

1 特厚礦層綜放開采巷道的支護研究

1.1 工程概況

為保障研究有效性，隨機采取某特厚礦層作為研究對象進行調(diào)查和分析，以挖掘內(nèi)巷道的開采以及防支護樁柱的設(shè)計原理為基礎(chǔ)，通過對受力干擾動短時期和范圍數(shù)值進行采集和模擬，最終確定防支護區(qū)間，特厚礦層的單體柱初撐力不低于11.5Mpa。如遇到底板松軟、單體支柱鉆底量超過0.1米，確定支護范圍為2301回采工作面前方80m和后方100m需要加強支護，且跟隨2301回采工作面前方及時進行加強支護，順槽掘進至通尺330米開始巷道頂部采用單體支柱配合π型鋼梁加強支護，加強支護長度180米，且該支護跟隨2301回采工作面回采及時外移加強支護，為確保2302軌道順槽迎采期加強支護安全，特編制本安全技術(shù)措施[2]。跟隨2301的開采回地面前方，迎合開采啟動時期的單體支護裝柱的配合π型支護。軌道順槽迎采期巷道頂部采用單體支柱配合π型剛梁加強支護，π型梁規(guī)格：DFB3400/300，單體柱型號：DW31.5-200/100，一梁三柱，單體柱中心間距500mm，排距100mm，中間單體柱距巷道中心線偏下幫0.1米打設(shè)。在防支護材料的選取在一定程度上對防支護的質(zhì)量有很大影響，盡量選擇高質(zhì)量的防支護材料，從根本上提高支護的質(zhì)量，在進行深層開采時，內(nèi)巷道的外圍石巖很容易產(chǎn)生較大的變形，所以在開采設(shè)計上也要盡量選擇適合的防支護模式，統(tǒng)一選擇性價比較高的支護材料，從根本上確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

1.2 支護設(shè)計

在特厚礦層開采的過程中，厚礦層底板的應(yīng)力分布極易導(dǎo)致礦層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的情況，影響礦層安全。因此，支護設(shè)計的關(guān)鍵作用就是包裝礦柱的穩(wěn)定性，在礦柱可靠、穩(wěn)定后，發(fā)現(xiàn)特厚礦層應(yīng)力不均勻程度較大，并且這其中的礦層應(yīng)力差異還有不斷向外延伸的發(fā)展趨勢，這種發(fā)展趨勢有一定可循的規(guī)律，因此從特厚礦層支護礦柱正中央為著力點，不斷延伸擴展到兩側(cè)的開采盲區(qū)，擴展延伸受力，在特厚礦層支護礦柱應(yīng)力發(fā)生在同一個垂直距離上時，特厚礦層的支護應(yīng)力非均勻程度和距離成反比[3]。距離越遠，應(yīng)力的不均勻程度就越低。支護礦柱應(yīng)力基本處于均勻分布的形式，距離越近，應(yīng)力所處的形式就越不均勻[4]。拿特厚礦層距離內(nèi)巷道為例來分析特厚礦層內(nèi)巷道外圍巖石支護在不均勻應(yīng)力作用條件下的變形狀態(tài)，為方便研究，將巷道受力模型進行簡化來分析，具體如下圖所示：

圖1 巷道受力模型

如圖1，通過對特厚礦層頂層梁板所承受的荷載壓力q進行線性分布，設(shè)其分布規(guī)律為x，則它們所受的線性荷載受力算法為：

在上式中：l特厚礦層微頂層梁板的長；h為巷道支護的線性荷載；a為巷道支護的均勻承受系數(shù)，n和m主要為特厚礦層頂層梁板所受的支護反力。則由材料力學(xué)原理可以得到：

當(dāng)巷道支護的內(nèi)錯距離直接小于jm時，對內(nèi)巷道進行深部開挖在很大程度上會影響巷道支護水平橫道的壓力，導(dǎo)致巷道支護發(fā)展位移變化。其中，開挖區(qū)域距離巷道支護礦柱越近，位移力度就越大，內(nèi)巷道支護礦柱挖掘周圍巖的水平位移變化速率不斷增大，兩側(cè)的垂直位移也會不斷增大。進一步對特厚礦層頂層梁的巷道支護彎矩進行計算，算法為：

在上述算法中，若特厚礦層內(nèi)巷道支護頂板的水平壓力的最大數(shù)據(jù)值點為w，巷道支護各個內(nèi)錯交互點的附近，巷道最大承載數(shù)值為kmaxMPa，最小值卻接近到零，可忽略不計。巷道支護的垂直集中應(yīng)力的最大值是gMPa，最小值大約接近為1MPa。在巷道支護的內(nèi)錯距離小于im時，垂直應(yīng)力地質(zhì)可以維持不動，水平應(yīng)力的變化較為平緩，巷道支護的不均勻受力程度對外的影響力也在不斷調(diào)整下降，此時，巷道支護可呈現(xiàn)穩(wěn)定的安全狀態(tài)。

2 特厚礦層綜放開采巷道的支護優(yōu)化建議

通過以上研究分析結(jié)果，對特厚礦層開采巷道的支護的設(shè)計進行優(yōu)化，根據(jù)開采巷道的挖掘影響提出改善建議，不斷強化巷道支護的協(xié)調(diào)能力和穩(wěn)定性，以便更好的對特厚礦層進行挖掘，保證特厚礦層支護設(shè)計的安全性和穩(wěn)定性。

2.1 做好施工前的各項準備工作

特厚礦層井下開采巷道的內(nèi)巷道挖掘頂板防支護工作一直在進行初步施工的開始階段，具有較大的冒頂風(fēng)險，會對頂板的防支護技術(shù)工作的實施造成負面影響。因此在進行特厚礦層綜放開采之前，必須先要確保做好相應(yīng)的準備工作：合理的進行頂層板的支護方式選材，在材料的選擇上應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦產(chǎn)井下的具體情況來進行選擇，盡量避免有選擇的支護形式以及材料不符合規(guī)定施工工作要求的情況發(fā)生，工作人員一定要及時發(fā)現(xiàn)并且根據(jù)改進從而確保內(nèi)巷道挖掘進入井下技術(shù)手段的合理實施性和科學(xué)發(fā)展性，進一步提高頂板支護技術(shù)的未來實施的可靠性。

2.2 支護時強化協(xié)調(diào)能力的實施

在進行特厚礦層綜放開采巷道支護設(shè)計時，所安裝的支護結(jié)構(gòu)除了要滿足較高的柔韌度要求以外，還應(yīng)該在一定程度上滿足內(nèi)巷道礦井下面的完整度，使得整體結(jié)構(gòu)上的支護強度有明顯的提升，在此基礎(chǔ)上降低特厚礦層周圍巖石體的變形強度，達到釋放壓力的效果。另外我們需要注意的就是通過強化防支護結(jié)構(gòu)和巖石體釋放壓力的協(xié)調(diào)能力，我們要讓工作人員從中樹立結(jié)構(gòu)的整體意識，從全局出發(fā)，對支護結(jié)構(gòu)和巖石體釋放壓力的關(guān)系都有一個很全面的掌握，來進一步完成這一項工作。

2.3 加強對創(chuàng)新傳統(tǒng)的采礦技術(shù)

如今在礦產(chǎn)企業(yè)的實際礦產(chǎn)開采工作中，傳統(tǒng)的采礦技術(shù)已經(jīng)不再適用，也不能從根本上滿足礦產(chǎn)開采的實際要求，所以說，礦產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)在應(yīng)該把重點轉(zhuǎn)移到采礦技術(shù)的提高發(fā)展上，加大對采礦技術(shù)的研究創(chuàng)新。推動采礦技術(shù)走向高度機械化、人工智能化以及自動化，礦井下內(nèi)巷道的挖掘進入頂板的支護技術(shù)也應(yīng)該隨著采礦技術(shù)的發(fā)展而創(chuàng)新，需要將一切能夠運用到礦產(chǎn)開采的新技術(shù)和新工藝手段加以借鑒和利用。

3 結(jié)束語

針對我國井下內(nèi)巷道挖掘現(xiàn)狀進行調(diào)查和研究，做好頂板層的防支護安排，當(dāng)前內(nèi)巷道挖掘頂板防支護的手段多種多樣，在進行最高層頂板防支護安排施工時，應(yīng)該從實際問題出發(fā)，選擇符合實際合理的放支護形式和選材，與此同時要做好頂層板的支護安裝管理工作，從而確保內(nèi)巷道挖掘金屬的質(zhì)量和安保問題，以此來大大提升礦產(chǎn)的開采效率，這樣就能一直促進礦產(chǎn)事業(yè)的向前發(fā)展。