礦井深部開采礦壓與支護(hù)技術(shù)研究

◎劉杰

（作者單位：冀中能源股份有限公司葛泉礦）

礦井深部開采難度大，因為整體環(huán)境更為復(fù)雜，風(fēng)險系數(shù)增加，故而應(yīng)做好礦壓分析，合理選擇支護(hù)方法與設(shè)計支護(hù)方案，促進(jìn)深部采礦效率與安全性提升。本文圍繞礦井深部開采進(jìn)行討論，分析深部開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并對支護(hù)技術(shù)展開研究，僅供參考。

引言：煤礦開采逐步向著深部發(fā)展，所面臨開采環(huán)境以及地質(zhì)條件也更為復(fù)雜。在這種情況下想要安全高效完成采礦，就必須了解礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并根據(jù)礦井實際狀況，選擇好支護(hù)方法和科學(xué)設(shè)計支護(hù)方案。

一、深部開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

礦井深部采礦之所以難度大，主要是因為在礦山壓力影響下，開采環(huán)境變得更為復(fù)雜。深度增加，應(yīng)力變高，圍巖就會運動頻繁且劇烈，從而致使巷道出現(xiàn)快速變形，并在持續(xù)高應(yīng)力作用下遭受到嚴(yán)重破壞，同時也會使支護(hù)出現(xiàn)問題，影響到開采安全性。開采中挖好巷道之后，在力作用下在很短時間內(nèi)就會失去穩(wěn)定性，圍巖也會在其影響下進(jìn)一步收縮變形，這個會隨著深度的增加越來越嚴(yán)重，最終結(jié)果就是巷道穩(wěn)定性越來越差，而且維護(hù)困難且需要資金多。所以針對這個類型的礦井開采，研究礦壓與支護(hù)技術(shù)具有重要意義。

開采過程中，礦壓顯現(xiàn)主要有以下特點：第一，開采中巷道容易變形，而且具有范圍大、持續(xù)性、速度快等特點；第二，巖性差異對圍巖影響大，常常會使其出現(xiàn)變形，且會隨著深度增加變得更加強(qiáng)烈，尤其是對煤層和軟巖巷道，影響十分大；第三，一般情況下，巷道使用使維護(hù)難度大，深度采礦中這個提前，從挖掘就出現(xiàn)維護(hù)困難的問題。有些巷道在挖掘后由于這個原因，不得不廢棄；第四，巷道變形具有延續(xù)性和持續(xù)性，尤其是在煤柱下面，常常會無法控制住，流變速率非常高；第五，采礦深度越大，變形越大，影響的范圍也會更廣，程度隨之加劇；第六，開采期間往往會設(shè)置煤柱，主要起到保護(hù)巷道作用，深度增加其不但不能起到作用，還會讓巷道維護(hù)變得更為麻煩；第七，巷道對支護(hù)要求提升，支架必須要有良好的支撐力，可縮量和阻力也要擴(kuò)大。依照現(xiàn)在的情況，僅僅依靠用大型號的支架，應(yīng)該不能達(dá)到比較好的阻止變形的作用；第八，巷道維護(hù)變得復(fù)雜且難度增大，因為整體的布置、邊界條件、順序等，都會對這個方面產(chǎn)生影響；最后，沖擊地壓發(fā)生概率高，且強(qiáng)度比較大。

礦壓控制尤為重要，針對高應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)確保圍巖具有良好的穩(wěn)定性。實際操作中，巷道布置不能在應(yīng)力集中的地方，而是要在巖性穩(wěn)定性強(qiáng)區(qū)域內(nèi)。深部采礦最少要有一條巖巷，但是應(yīng)以這種巷道為主，運輸巷道應(yīng)設(shè)置成為無煤柱護(hù)巷模式，這樣對維護(hù)有好處，并能促進(jìn)回收率的提升。巷道施工中碰到壓應(yīng)力，集中在逆斷層中，整體走向要與其保持一致，或者是采取斜角的辦法，起到降低礦壓的效果。

二、深部開采支護(hù)技術(shù)分析

我國礦井開發(fā)中會根據(jù)開采深度，將其分為不同的類別，主要有淺礦井、中深礦井、深礦井、特深礦井等。深礦井開采深度大于等于800米，小于1200米。這類礦井開采難度大，經(jīng)常會出現(xiàn)各種工程災(zāi)害，安全風(fēng)險高。深部采礦的過程中，礦壓顯現(xiàn)一般比較強(qiáng)烈，采礦區(qū)域失去穩(wěn)定，如果不能控制好將會給對地壓產(chǎn)生破壞和沖擊。采礦深度的不斷增加，巖爆的概率也隨之上升，劇烈程度提升，危險性更大。深部采礦中還有一個問題，那就是瓦斯聚積在一起，更易于發(fā)生爆炸事故。深部開采中礦壓一般比較劇烈，導(dǎo)致巷道維護(hù)的難度十分大，同時具有煤巖破壞性大，對地壓影響和破壞力強(qiáng)，危險性進(jìn)一步強(qiáng)化。故而，應(yīng)研究礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，然后有針對性選用支護(hù)方法，才能降低深部采礦的風(fēng)險。

深部開采中支護(hù)設(shè)計應(yīng)遵循基本流程，設(shè)計中應(yīng)對現(xiàn)在的各種支護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析與研究，然后依據(jù)所要開采礦井實際情況，完成初步設(shè)計。緊接著要對地質(zhì)力學(xué)進(jìn)行評估，掌握地殼應(yīng)力狀況，并要明確圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，這些都是優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計的重要依據(jù)。接下來好要觀測礦壓，還有就是掌握頂板離層情況，最后在綜合考慮地應(yīng)力，完成支護(hù)設(shè)計的最終優(yōu)化，這個是以錨桿支護(hù)為例。

礦井深部支護(hù)形式比較多，主要有錨索支護(hù)、U型鋼可縮性支護(hù)、錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)、錨噴網(wǎng)支護(hù)等。具體選用哪種支護(hù)形式，需結(jié)合實際情況而定。如果巷道圍巖比較穩(wěn)定，則最好采用錨網(wǎng)噴支護(hù)形式，還有一種情況是巷道圍巖不穩(wěn)定，或者是極其不穩(wěn)定，這個時候不能依靠一種方式進(jìn)行支護(hù)，因為很難取得好的效果，應(yīng)根據(jù)實際需求將不同支護(hù)技術(shù)結(jié)合起來，采用聯(lián)合支護(hù)的方法或者加固支護(hù)的方法。

針對采礦區(qū)的巷道支護(hù)，在掘進(jìn)的時候應(yīng)選擇煤巖或者半煤巖，可將其設(shè)置在煤層底板處。不過從整體上來看，對于支護(hù)有影響的，主要牽扯到了無煤柱開采和回收，因為過程中伴隨著破壞和變形。因此，上山與下山巷道斷面支護(hù)中，應(yīng)當(dāng)做好斷面選擇，最好使用形狀為拱形的，且要在設(shè)計中留下空間，針對的是可縮系數(shù)。支護(hù)則要選擇錨網(wǎng)噴形式，并在回采前做好準(zhǔn)備工作。針對上部回采，應(yīng)提前對巷道進(jìn)行加固，使用錨梁、錨索、可縮支架等。斷面跨度大于3米，需要在上面所提到支護(hù)形式基礎(chǔ)上，進(jìn)行外部支護(hù)，這樣就能有效的預(yù)防巖梁在拉力作用下出現(xiàn)斷裂，從而引發(fā)冒頂現(xiàn)象。

工作面實施采礦作業(yè)的時候，動壓力比較大，容易破壞巷道，使其出現(xiàn)嚴(yán)重的變形。這個部分支護(hù)作用十分大，與生產(chǎn)作業(yè)安全有很大關(guān)系。故而，應(yīng)加強(qiáng)這個部分支護(hù)研究，最好采取沿空送巷的方式，在此期間還應(yīng)取掉保護(hù)煤柱措施，以達(dá)到良好的支護(hù)效果。這個部分支護(hù)中，盡量運用組合錨桿支護(hù)的辦法，實際操作中要用金屬網(wǎng)和鋼帶等，讓巷道更加實在。緊接著要順著巷道肩窩和底角，對錨桿采取加長處理，同時應(yīng)當(dāng)使用異形托盤，起到錨固的作用。頂板處要實施加固處理，采取的是打二排錨索的辦法。這里牽扯到了厚煤層，在支護(hù)的時候要分層，支護(hù)除了要采取錨背網(wǎng)形式外，必須增設(shè)支架，需要是框架式且具有可縮性的。

三、結(jié)束語

綜上所述，礦井深部開采要明確礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上合理確定支護(hù)技術(shù)和方案，這樣才能全面提升生產(chǎn)作業(yè)安全性，并讓開采效率更加有保障，促進(jìn)礦井深部開采綜合效益增長。