回采巷道壓力控制及支護(hù)技術(shù)分析

李 佳

(山西煤炭運銷集團(tuán) 保安煤業(yè)有限公司 ， 山西 陽泉 045000)

巷道開掘后巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)被打破，受超前支承壓力的影響，部分巖體的承載能力下降，此時如果不對暴露巖體進(jìn)行有效控制，巷道極易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，最終導(dǎo)致冒頂?shù)仁鹿?。因此在礦井生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)對巷道及工作面礦壓分布規(guī)律進(jìn)行深入研究，為優(yōu)化巷道支護(hù)提供有力支承。此外，工作人員應(yīng)當(dāng)了解巷道變形規(guī)律，了解圍巖運動與破壞之間的關(guān)系，保證巷道在正常服務(wù)年限內(nèi)的穩(wěn)定。

1 礦山壓力形成機理及影響因素

1.1 礦壓形成機理

原巖應(yīng)力場作為一種非穩(wěn)定應(yīng)力場，三個主應(yīng)力的大小和方向隨著空間和時間的變化而變化，在巷道開挖前所受垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量，但隨著開采深度的增加，平均水平應(yīng)力與鉛直應(yīng)力的比值不斷減小。深入研究采場周圍的原巖應(yīng)力分布規(guī)律可以為合理選擇巷道位置、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、防治沖擊地壓等提供重要的支撐。

在巷道開挖過程中，原巖應(yīng)力遭到破壞，導(dǎo)致其上覆巖層壓力增大，而較大的壓力會導(dǎo)致圍巖的運動發(fā)生不同程度的變化。在礦井的開采過程中，應(yīng)力會出現(xiàn)多次重新分布，頂板部分區(qū)域往往存在多個應(yīng)力場相互疊加的情況，在生產(chǎn)過程中，若支護(hù)設(shè)計不科學(xué)，則會出現(xiàn)冒頂拱幫危險，采煤工作面前后方的支承壓力變化情況見圖1。

1.2 礦壓影響因素

礦山壓力的影響因素主要分為自然條件和開采條件兩大類。一般來說穩(wěn)定堅固的頂板對其下沉量及支柱承受壓力造成的影響較小，破碎頂板的下沉量及其支柱承受壓力都比較大。同等條件下煤層愈薄，支承壓力峰值、集中系數(shù)愈大。

圖1 采煤工作面前后方支承壓力

目前，礦井機械化水平急速提升，而實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會遇到不同類型的斷層及破碎帶，特殊地質(zhì)構(gòu)造的存在不僅會影響巷道周圍的應(yīng)力分布狀態(tài)，而且還會對采掘作業(yè)的效率產(chǎn)生一定的影響。一般而言，工作面的推進(jìn)速度越快，超前支承壓力峰值點越高，且峰值點的距離距煤壁越近，礦壓顯現(xiàn)就愈強烈。所以要將巷道的掘進(jìn)速度控制在合理的范圍內(nèi)，從而降低礦壓顯現(xiàn)的影響。

為有效控制巷道開挖后頂板的下沉，必須對開挖區(qū)域的頂幫進(jìn)行及時、有效的支護(hù)，合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效適應(yīng)圍巖的初期變形，將整個巷道的變形量控制在合理的范圍內(nèi)，從而充分調(diào)動頂板“大結(jié)構(gòu)”單元的承載能力。

2 礦壓控制及支護(hù)策略

為進(jìn)一步提高日常生產(chǎn)過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性，在巷道支護(hù)參數(shù)選擇的過程中需遵循如下基本流程：合理選擇巷道位置—分析預(yù)判待開掘區(qū)域礦壓分布特征—設(shè)計確定支護(hù)參數(shù)—合理安排施工時間。

2.1 合理選擇巷道位置

部署巷道時要盡量避開斷層、陷落柱等大的地質(zhì)構(gòu)造帶，相鄰工作面巷道在掘進(jìn)的過程中，要合理選擇煤柱寬度，將待開掘巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。同時要積極推廣使用沿空掘巷、沿空留巷等新型工藝，以保證工作面在提高區(qū)段煤柱回收效率的同時最大限度地降低巷道維護(hù)成本。除此之外，沿空留巷等工藝還可有效改善工作面的通風(fēng)條件，從根本上解決上隅角瓦斯積聚的技術(shù)難題。

2.2 分析預(yù)判待開掘區(qū)域的礦壓分布特征

在進(jìn)行礦井巷道的支護(hù)工作時，應(yīng)當(dāng)明確巷道周圍壓力的傳遞過程。隨著采掘工作的不斷推進(jìn)，鄰近巖層的原巖應(yīng)力被破壞，周圍巖體的承載能力也不斷降低，此時周圍巖體的壓力便會向深部轉(zhuǎn)移，在掘進(jìn)巷道前方依次會出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)、原巖應(yīng)力區(qū)三個區(qū)域，側(cè)向支承壓力的分區(qū)也與此類似，從巖石的破壞形態(tài)劃分，應(yīng)力降低區(qū)的巖石多為塑性破壞、應(yīng)力增高區(qū)的巖體則以彈性變形為主。

在應(yīng)力場的形成過程中，由于礦壓的存在會導(dǎo)致煤層出現(xiàn)不同程度的變形，而每次的變形都會導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場的重新分布，所以在巷道開掘前應(yīng)采用公式計算、數(shù)值模擬、經(jīng)驗類比等多種手段精準(zhǔn)地估測超前支承壓力的峰值強度、影響范圍。

2.3 設(shè)計確定支護(hù)參數(shù)

結(jié)合礦井實際生產(chǎn)過程中的不同力學(xué)結(jié)構(gòu)模型及其變化情況可以有效解決不同應(yīng)力環(huán)境下的巷道支護(hù)及維護(hù)問題，所以在進(jìn)行巷道支護(hù)時應(yīng)當(dāng)充分了解巷道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分布規(guī)律，嚴(yán)格依照相應(yīng)的力學(xué)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行巷道支護(hù)方案的設(shè)計，并在實際運用的過程中對相關(guān)理論進(jìn)行不斷完善，從而有效推進(jìn)后續(xù)工作的開展。

2.4 合理安排施工時間

合理設(shè)置巷道的開挖時間將直接影響礦山壓力的控制效果。巷道掘進(jìn)過程中應(yīng)保證具有足夠的安全距離進(jìn)行巷道的維護(hù)，同時，精準(zhǔn)計算生產(chǎn)所需的時間，以保證后續(xù)相關(guān)巷道掘進(jìn)工作的安全性。

3 結(jié) 語

礦山壓力的控制及支護(hù)，特別是在回采巷道中的應(yīng)用對于整個礦井生產(chǎn)效率的提升具有極其重要的意義。而礦井實際生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)在支護(hù)過程中充分考慮礦井實際情況，結(jié)合圍巖破壞規(guī)律提出對應(yīng)的支護(hù)方案，實現(xiàn)整個礦井的安全支護(hù)及生產(chǎn)。同時，相關(guān)工作人員也應(yīng)當(dāng)提升個人安全意識，不斷改進(jìn)支護(hù)方案，最終推動整個礦井支護(hù)作業(yè)發(fā)展。