煤礦回采巷道圍巖控制理論探討

劉松

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和工業(yè)的不斷進(jìn)步，我國(guó)對(duì)于能源的消耗和需求量越來(lái)越大。因此，煤炭作為重要的能源之一，其開(kāi)采工作受到了行業(yè)的高度重視。通過(guò)對(duì)支護(hù)和圍巖的相互作用和圍巖支護(hù)中錨桿作用的相關(guān)理論的研究，希望實(shí)現(xiàn)保證煤礦開(kāi)采人員安全和提高生產(chǎn)效率的目的。

【Abstract】With the continuous development of social economy and the continuous progress of industry， the consumption and demand of energy in China are increasing. Therefore， as one of the important energy resources， coal mining has been highly valued by the industry. By studying the interaction between support and surrounding rock and the related theory of bolt action in surrounding rock support， it is hoped to ensure the safety of coal miners and improve production efficiency.

【關(guān)鍵詞】煤礦回采巷道;圍巖控制理論;錨桿

【Keywords】 mining roadway in coal mine; surrounding rock control theory; rock bolt

【中圖分類號(hào)】TD322? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）05-0159-02

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(shí)，煤礦巷道的建造與加固是非常重要的。隨著工程的開(kāi)展，巷道內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造條件也越來(lái)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(shí)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(guò)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(duì)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(duì)于圍巖的控制工作的重點(diǎn)應(yīng)該是對(duì)圍巖的支護(hù)工作。

2.2 支護(hù)—圍巖相互作用的波動(dòng)平衡

在巖體遭到變形和破壞的過(guò)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(guò)程會(huì)比較復(fù)雜。所以為了實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)說(shuō)可分為三個(gè)等級(jí)：第一個(gè)等級(jí)是自穩(wěn)定的狀態(tài)，即圍巖結(jié)構(gòu)無(wú)需支撐工作即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的巷道;第二個(gè)是亞自動(dòng)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(shí)，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(huì)形成自穩(wěn)定性，必須始終保持支護(hù)工程來(lái)保持巷道的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3 支架與圍巖的動(dòng)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(chǎng)。圍巖的穩(wěn)定等級(jí)也通常會(huì)經(jīng)歷從自穩(wěn)定到非自穩(wěn)定的過(guò)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(dòng)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(guò)去，對(duì)圍巖的支護(hù)藝術(shù)一般來(lái)說(shuō)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(wèn)題，此種情況下懸吊錨桿支護(hù)的應(yīng)用非但無(wú)法保障支護(hù)穩(wěn)定性，甚至還會(huì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)該項(xiàng)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(duì)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(guò)使用強(qiáng)錨和錨素，可以有效增加高預(yù)應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍的巖石的擴(kuò)散支撐效果[2]。能夠有效地對(duì)周圍巖層中存在的裂紋、裂隙以及結(jié)構(gòu)面的離層滑動(dòng)進(jìn)行有效的控制，從而確保隧道施工過(guò)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(jì)理論

優(yōu)化錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)理論，具體來(lái)說(shuō)是指，在煤礦巷道施工期間，工作人員對(duì)錨桿圍巖的支護(hù)施工設(shè)計(jì)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃以及一定的優(yōu)化工作。也就是說(shuō)，要對(duì)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(jì)與統(tǒng)籌，從而保證錨桿對(duì)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(jì)期間，工作人員需要對(duì)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真參考和對(duì)照，保證所設(shè)計(jì)的方案，與實(shí)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(duì)扭矩值進(jìn)行合理控制。根據(jù)以往作業(yè)經(jīng)驗(yàn)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(shí)，在對(duì)錨桿安裝進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí)，為合理設(shè)計(jì)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(xiǎn)，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(jì)，對(duì)錨桿的枝干、鉆孔等部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而為工作人員規(guī)范施工提供便利條件[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煤礦回采的巷道施工之中，對(duì)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(duì)圍巖的支護(hù)理論是非常重要的。在實(shí)際工作中需要工作人員全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，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。

【參考文獻(xiàn)】

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【2】張文陽(yáng).采掘交鋒巷道圍巖穩(wěn)定機(jī)理及控制技術(shù)研究[J].煤炭工程，2019，51（2）：42-45.

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【4】趙富貴.煤礦孤島工作面回采巷道圍巖控制技術(shù)研究[J].煤炭科技，2018（03）：125-127.