煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護分析

摘 要：煤炭作為一種經(jīng)濟能源，在社會經(jīng)濟發(fā)展和新能源出現(xiàn)的背景下，對煤炭的需求量依然居高不下，給煤炭開采提出了新的標準。本文結(jié)合煤礦回采過程中礦山壓力的控制技術(shù)要點，合理布置巷道位置、科學規(guī)劃開采時間、礦山壓力控制技術(shù)等方面，提出煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護的優(yōu)化對策。

關(guān)鍵詞：煤礦回采巷道；礦山壓力；控制與支護

一、引言

在當前社會全球化背景下，煤礦行業(yè)發(fā)展需要做到與時俱進，淘汰落后工藝，引用新技術(shù)，保障安全生產(chǎn)。隨著礦山壓力的增加，將會引發(fā)回采工作面塌陷現(xiàn)象，造成人員傷亡或者設(shè)備的損壞，給企業(yè)帶來嚴重損失。因此，煤礦企業(yè)需要保證煤礦開采安全性，做好煤礦回采巷道礦山壓力控制工作，合理選擇支護技術(shù)，減少不必要問題出現(xiàn)，保證煤礦整體開采安全。

二、煤礦回采巷道礦山壓力的不同情況

（一）原始應(yīng)力場中掘進和維護的巷道

在原始應(yīng)力中掘進以及維護的巷道，通?？梢愿鶕?jù)原始應(yīng)力場實際情況，將其劃分為兩種，一個是唯一重力作用下的原始重力場，這種應(yīng)力場重力一般來源于巷道覆蓋層重力。另一個是具有殘余結(jié)構(gòu)應(yīng)力的原始應(yīng)力場[1]。這種應(yīng)力場作為在重力和其他參與結(jié)構(gòu)作用下形成的。

（二）采動壓力范圍內(nèi)應(yīng)力場掘進和維護巷道

在采動壓力范圍中，掘進和維護巷道自身應(yīng)力情況將會受到巷道巖層重力因素的影響，如果停止采動波及的巖層破壞運動，將能夠減少挖掘和維護過程中巷道巖層應(yīng)力。

（三）在采動支撐壓力分布范圍中外應(yīng)力場掘進和維護巷道

針對不同壓力下，形成的對應(yīng)壓力區(qū)也會存在差異。但是在采動支撐壓力分布范圍中的外應(yīng)力場，被稱之為高應(yīng)力區(qū)。在這種環(huán)境下，采動所形成的支撐壓力將會匯集在掘進與維護的巷道中，并且圍巖應(yīng)力將會受到單一圍巖重力因素的影響。

三、煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護技術(shù)措施

（一）結(jié)合地質(zhì)實際情況，選擇布置巷道的位置

在進行煤礦安全管理過程中，需要科學選擇巷道挖掘位置，這直接影響煤礦企業(yè)開采的安全性和穩(wěn)定性。一般來說，相關(guān)人員為了明確巷道挖設(shè)位置，需要對煤帶實際寬度有所認識。通常情況下，煤帶寬度范圍應(yīng)該把控在內(nèi)外應(yīng)力場邊緣。相關(guān)人員在進行巷道挖設(shè)位置選擇過程中，需要采用合理的方式，預留煤柱位置，從而減少巷道承載壓力，提升巷道安全水平，保證煤礦順利開采[2]。在煤礦開采過程中，如果無法順利完成回收工作，則應(yīng)該結(jié)合工程實際情況，通過采用放大預留煤柱寬度模式，實現(xiàn)對內(nèi)應(yīng)力場巷道處理。在應(yīng)用放大預留煤柱寬度模式過程中，能夠讓護巷煤柱承受的壓力和變形量得到改變，將其控制在合理范圍中，有效保障整個煤礦開采的安全性和穩(wěn)定性。

（二）回采巷道斷面的優(yōu)化設(shè)計

作用在回采巷道的地壓其大小以及壓力方向和煤礦的巷道斷面的形狀設(shè)計有著密切關(guān)系，為保障回采工作的安全高效進行，需要科學設(shè)計回采巷道的斷面。當巷道其頂板、側(cè)上方所受的壓力都不太明顯時，可設(shè)計為梯形或者矩形的巷道斷面。如果巷道其頂板壓力較大，而側(cè)上方的壓力相比較小，那么可設(shè)計為直墻拱形形狀的巷道斷面。對于頂?shù)匕?、?cè)向上方的壓力都較大的情況，建議最好采用封閉式斷面，如橢圓形、圓形這種巷道斷面，能夠有效控制巷道圍巖形變。以下為煤層頂?shù)装宓闹饕m應(yīng)范圍。

（三）加強支護管理，選擇礦山壓力控制技術(shù)

在落實煤礦回采巷道礦山支護工作過程中，應(yīng)該對煤礦回采巷道礦山壓力變化有所認識，應(yīng)力場控制、巷道開采時間設(shè)定，都會給支護設(shè)計帶來一定影響。因此，在支護設(shè)計過程中，可以劃分為兩個環(huán)節(jié)，一個是內(nèi)應(yīng)力場形成前期，另一個是內(nèi)應(yīng)力場形成后期。其中，在內(nèi)應(yīng)力場形成前階段中，在開展相關(guān)工作以前，在巷道原有壓力的應(yīng)力下，推進后續(xù)工作進行。由于開采工作的實施，將會給開采空間帶來直接影響，使得開采空間的擴充。在進行煤礦加固過程中，一般采取工程類比方法，螺紋鋼錨桿錨固力設(shè)計為 Q=100KN，螺紋鋼抗拉強度為 540MPa；圓鋼錨桿的錨固力設(shè)計為 Q=70KN，圓鋼抗拉強度為 380MPa[3]。按照以下公式確定錨桿直徑：

其中， 表示錨桿的直徑；K表示富余系數(shù)取 1.3；Q表示錨桿錨固力； 表示抗拉強度。

在進行礦山壓力控制過程中，首先，明確巷道挖設(shè)位置。通常情況下，在對整個煤礦井巷道進行施工之前，需要結(jié)合實際情況，做好探測工作，對工程應(yīng)力場情況有一定的了解。在明確應(yīng)力場位置和影響因素之后，綜合思考巷道挖設(shè)位置，并防止內(nèi)外應(yīng)力帶來的影響，把挖設(shè)巷道位置暗批在兩者結(jié)合點中，從而將其對回避巖石重力與巷道內(nèi)壁支力的影響[4]。其次，在內(nèi)應(yīng)力場形成環(huán)節(jié)中，因為將會面臨礦山壓力因素的影響，煤層將會發(fā)生不同程度的變形現(xiàn)象，或者壓縮等問題，隨著每一次壓縮或者變形，都會得到明顯的增加或者減少，這也是內(nèi)壓力形成過程中具備的重要特性。

（四）明確承載范圍，加強關(guān)鍵部位支護設(shè)計

通常情況下，巷道一般布置在緩傾斜巖層中，要想實現(xiàn)對煤礦回采巷道礦山壓力控制，需要結(jié)合工程實際情況，做好數(shù)據(jù)模擬工作。施工巷道處于非對稱變形狀態(tài)，需要根據(jù)巷道特殊變形特點，對重要位置采取非對稱加固方式進行處理。對于巷道頂板局部位移現(xiàn)象比較明顯的，則應(yīng)該結(jié)合工程現(xiàn)場勘察情況及變形機理，在設(shè)計過程中，綜合思考因巷道幫角應(yīng)力集中程度比較高，使得底鼓和頂板或頂煤發(fā)生冒落現(xiàn)象。在這種情況下，需要科學設(shè)定錨桿加固位置，也就是強化幫角圍巖強度，讓幫角應(yīng)力集中于圍巖深部位置，從而實現(xiàn)圍巖的鞏固。在對錨索的布置密度進行核算過程中，需要結(jié)合懸吊理論實現(xiàn)對錨索補強加固設(shè)計，保證錨索有能力承擔其承載范圍內(nèi)潛在冒落層的巖層重量。

取潛在冒落層深度 H=2.3m；

潛在的冒落層面積為：S=4/3×（B/2） ×H=1.33×2.3×4.5/2=6.9m2

巷道每米長度范圍內(nèi)冒落危石重量為：T=S×r×1=6.9×2.4×1=16.56t

錨索的破斷荷載 W=260.9kN=26.09t

單根錨索所能夠承擔的冒落長度為：L=W/T=26.09/16.56=1.57m，取 L=1.6m

如果在回風巷頂部和底部進行扎腳錨桿的安裝，可以有效的防止頂板和幫部發(fā)生位移變形。且回風巷頂板相對較窄，根據(jù)計算結(jié)果，將兩肩適當加密，提高兩肩的承載能力[4]。

四、結(jié)束語

總而言之，煤礦企業(yè)為了實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，需要做好煤礦巷道礦山壓力控制工作。相關(guān)工作人員需要根據(jù)回采實際情況，科學設(shè)定支護方案，并開采過程中出現(xiàn)的各種問題，選擇對應(yīng)控制措施，提升巷道支護效果，保證煤礦開采安全。

參考文獻：

[1]郭顏軍. 煤礦回采巷道壓力控制與支護選型優(yōu)化設(shè)計及對策分析[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（19）：108-110.

[2]王利元. 煤礦動壓巷道支護設(shè)計與應(yīng)用研究[J]. 機械管理開發(fā)，2019，34（04）：37-40.

[3]申海龍. 煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護探討[J]. 低碳世界，2019，9（05）：127-128.

作者簡介：

李章銳（1990-），男，漢族，系貴州省盤州市人士，2014年7月畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學采礦工程專業(yè)，大學本科學歷，采礦專業(yè)助理工程師，主要從事煤礦地下開采工作.