分析煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)及其控制特點(diǎn)

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（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司 山西 033400）

引言

因?yàn)槲覈?guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，煤礦開采技術(shù)越來越先進(jìn)化，但是，結(jié)合現(xiàn)階段煤礦深井開采特點(diǎn)能夠得知，在實(shí)際的開采過程當(dāng)中，仍然存在可靠性較差的問題，影響煤礦整體生產(chǎn)能力，通過加強(qiáng)煤礦深井開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析力度，并制定出完善的控制措施，可以更好的滿足煤礦企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展需求。因此，本文重點(diǎn)探討煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)及其控制措施，核心內(nèi)容如下。

1.研究背景

若礦井進(jìn)入到深部生產(chǎn)階段，因?yàn)槭艿酵饨绺黝愐蛩氐挠绊?，該地區(qū)的地質(zhì)條件會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重惡化現(xiàn)象，同時(shí)，在高地應(yīng)力與高滲透壓力的影響之下，圍巖的穩(wěn)定性與可靠性逐漸下降。在深部開采過程當(dāng)中，因?yàn)榈貞?yīng)力逐漸升高，使得深部巷道周圍圍巖的承壓能力不斷下降，而較淺部位的圍巖通常處于彈性狀態(tài)，一般不會(huì)出現(xiàn)大面積的變形與失穩(wěn)現(xiàn)象[1]。一旦進(jìn)入到深部開拓范圍，圍巖內(nèi)部的地應(yīng)力不斷升高，掩體自身的應(yīng)力狀態(tài)由之前的三向變?yōu)閮上?，由于巷道開發(fā)深度的不斷增加，二次應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)部的應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)高度集中現(xiàn)象，從而引發(fā)失穩(wěn)。

另外，由于礦山開采深度的不斷增加，地下水滲透壓力越來越大，在巷道開采過程當(dāng)中，周圍圍巖內(nèi)部的孔隙水壓力不斷的下降，使得巷道應(yīng)力逐漸增加，圍巖自身的應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)能夠超出巖體承受的強(qiáng)度[2]。由于我國(guó)大部分地區(qū)含煤地層巖石表現(xiàn)為膠結(jié)狀態(tài)，一旦遇到水體的侵蝕之后，特別容易出現(xiàn)軟化與松散，嚴(yán)重影響煤礦開采效率。通過分析煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)及其控制措施，可以顯著提升煤礦深井開采效率，確保煤礦資源得到良好的利用。

2.煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)分析

伴隨煤礦深井地下開采深度的不斷增加，原巖自身的應(yīng)力逐漸增大，原巖應(yīng)力通常由巖層自重決定，而巷道原巖應(yīng)力的增加主要和礦井開采深度存在密切聯(lián)系，隨著開采深度的逐漸增大，原巖應(yīng)力不斷增加，深部巷道開采之后，不但要受到原巖應(yīng)力影響，而且特別容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象[3]。從宏觀角度來分析，煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)如下：

第一，巷道圍巖應(yīng)力一般超出巷道自身強(qiáng)度，特別是和煤層巷道相距較遠(yuǎn)的圍巖，因此，無論是采準(zhǔn)巷道亦或是大巷，煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)均較為強(qiáng)烈。

第二，巷道在掘進(jìn)與回采的過程之中，由于受到應(yīng)力擾動(dòng)影響，圍巖容易出現(xiàn)大面積變形，待應(yīng)力重新分布趨近于穩(wěn)定之后，仍然保持流變狀態(tài)。

第三，受到圍巖性質(zhì)的影響，煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)越來越明顯，再加上開采深度的不斷增加，煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)逐漸增大[4]。

第四，煤礦深部巷道壓力較大，使得圍巖的變形量不斷增加，巷道周圍同時(shí)存在壓力，底板容易出現(xiàn)鼓起現(xiàn)象，由于開采深度的不斷加大，巷道底板出現(xiàn)鼓起現(xiàn)象的概率不斷增加。

3.控制措施

(1)煤礦深部開采圍巖的力學(xué)特征分析

較淺部分的巖體大部分處于彈性狀態(tài)，一旦進(jìn)入到深部，在高地應(yīng)力的條件下，較為堅(jiān)硬的巖石容易發(fā)生變形現(xiàn)象，大部分深部巖體因?yàn)樘幱谡乘苄誀顟B(tài)，故特別容易出現(xiàn)滑塌。深部下巷道如果被全部開挖，巖體既有的平衡應(yīng)力狀態(tài)被完全打破，特別容易出現(xiàn)碎脹與變形現(xiàn)象，使得巷道周圍的破碎掩體數(shù)量逐漸增多，巷道支護(hù)難度越來越大，增加各類災(zāi)害事故的發(fā)生概率。結(jié)合深部巷道圍巖特點(diǎn)能夠得知，為了減少支護(hù)困難現(xiàn)象的發(fā)生，有關(guān)人員需要明確煤礦深部開采圍巖力學(xué)特征，采取有效的控制措施，內(nèi)容如下。

第一，通常來講，淺部巷道圍巖狀態(tài)主要分為三個(gè)區(qū)域，分別是塑性破壞區(qū)域、彈性區(qū)域、原巖力區(qū)域等，通過合理控制膨脹帶與壓縮帶，能夠減少劣化現(xiàn)象的發(fā)生，提升巷道的穩(wěn)定性與可靠性[5]。

第二，加強(qiáng)圍巖變形控制力度。由于進(jìn)入到深部開采狀態(tài)，巖體變形越來越復(fù)雜，通過合理控制圍巖變形，能夠顯著減少膨脹裂開現(xiàn)象的發(fā)生，確保深層煤炭開采效率得到明顯提升。

第三，加大巖體脆性破壞控制力度。根據(jù)大量的研究數(shù)據(jù)可以得知，在不同的圍巖條件下，巖體容易出現(xiàn)不同程度的脆性破壞，為了顯著減少此類現(xiàn)象的發(fā)生，要嚴(yán)格控制巖體變形量，并綜合考慮巖石脆性力學(xué)特點(diǎn)，煤礦開采深度，有針對(duì)性的進(jìn)行控制[6]。

(2)明確圍巖穩(wěn)定性影響因素

在煤礦深部開采條件之下，巷道開挖之后，圍巖特別容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，為了加強(qiáng)變相控制力度，有關(guān)人員需要進(jìn)一步明確圍巖穩(wěn)定性影響因素，例如，煤礦在進(jìn)入深部開采之后，該地區(qū)的地質(zhì)條件逐漸惡化，破碎巖體數(shù)量不斷增加，再加上周圍地應(yīng)力增加，使得深部巷道周圍巖體的穩(wěn)定性逐漸下降。為了減少此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，有關(guān)人員可從以下幾方面著手：

第一，綜合考慮巷道圍巖自身的穩(wěn)定性，包括該地區(qū)的地質(zhì)條件，遵守完整性原則，確保圍巖結(jié)構(gòu)面更加完整，不斷減小地下水與地應(yīng)力對(duì)圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。在進(jìn)入到深部開采狀態(tài)以后，雖然圍巖自身的強(qiáng)度會(huì)提升，但是由于地質(zhì)條件逐漸惡化，礦山壓力逐漸增加，會(huì)影響巷道自身的安全性與穩(wěn)定性。故有關(guān)人員要全面考慮各項(xiàng)影響因素，加強(qiáng)支護(hù)力度，防止圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

第二，煤礦巷道在開挖的過程當(dāng)中，會(huì)對(duì)原有的巖應(yīng)力產(chǎn)生一定影響，巷道掘進(jìn)斷面輪廓內(nèi)部的巖層壓力會(huì)逐漸施加到圍巖上，使得巷道周圍的徑向應(yīng)力不斷減小，圍巖容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。故相關(guān)人員需要適當(dāng)提升圍巖的強(qiáng)度，加強(qiáng)支護(hù)，減小外界因素對(duì)圍巖應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生的不利影響[7]。

4.裝置的氣密性不好把控，可漏氣的地方很多，該裝置必須等紅磷熄滅且裝置冷卻后才可以打開彈簧夾，需要時(shí)間過長(zhǎng)，一旦裝置氣密性略有不好，即會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

第三，減小煤礦深層開采帶來的擾動(dòng)。在煤礦開采過程之中，容易出現(xiàn)采動(dòng)動(dòng)壓，使得礦體在一定的范圍之內(nèi)應(yīng)力逐漸增加，巷道應(yīng)力維護(hù)難度增加，特別是進(jìn)入到深部開采狀態(tài)之后，采礦所帶來的擾動(dòng)更加明顯。因此，有關(guān)人員需要密切監(jiān)測(cè)巷道圍巖的變形情況，準(zhǔn)確計(jì)算巷道圍巖變形速率，并對(duì)圍巖的支護(hù)體強(qiáng)度進(jìn)行全方位檢驗(yàn)，防止深部圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)。

(3)控制方案主要內(nèi)容

回采巷道圍巖出現(xiàn)變形現(xiàn)象，受開采深度影響較大，為了進(jìn)一步滿足煤礦開采生產(chǎn)要求，提高煤礦開采的安全性與穩(wěn)定性，相關(guān)人員要結(jié)合巷道圍巖的應(yīng)力，科學(xué)選擇支護(hù)形式，在提升圍巖強(qiáng)度的同時(shí)，確保圍巖自身的受力條件得到更好改善，防止出現(xiàn)大面積變形與破壞現(xiàn)象。具體的控制方案如下：

第一，有效縮短巷道自身的開采時(shí)間，通過適當(dāng)提升掘進(jìn)速度，加強(qiáng)設(shè)備安裝質(zhì)量檢查力度，確保各個(gè)工作面能夠同時(shí)掘進(jìn)，可以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性。

第二，采取超前支護(hù)模式。由于煤礦開采的深度逐漸增加，超前支護(hù)距離不斷增大，為了防止出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，減少煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)，有關(guān)人員需要采用科學(xué)的超前支護(hù)模式，進(jìn)一步提升圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

第三，通過采用寬面掘卸壓與切槽卸壓等一系列方法，針對(duì)巷道圍巖進(jìn)行卸載，能夠顯著減少集中荷載現(xiàn)象的出現(xiàn)，確保圍巖自身的穩(wěn)定性得到明顯提升。

第四，采取鉆孔注漿方式，不斷提升圍巖的施工強(qiáng)度，同時(shí)，針對(duì)圍巖自身的受力條件進(jìn)行優(yōu)化，能夠顯著減少失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)[8]。

第五，合理架設(shè)支架，針對(duì)圍巖施加一定的徑向力，不但對(duì)塌落的巖石起到一定支撐作用，而且可以顯著提升巷道圍壓，確保圍巖處于三向受力狀態(tài)，真正達(dá)到提升圍巖強(qiáng)度的目的。由于巷道處于不同時(shí)期，煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律存在一定差異，故有關(guān)人員可以采取巷道內(nèi)部加強(qiáng)支護(hù)與巷道周邊支護(hù)等模式。

(4)注意事項(xiàng)

第二，適當(dāng)提升采高，一般來講，采高在2.9m到3.0m之間，通過不斷增加支架活柱的行程，可以起到良好的緩沖作用。

第三，若某個(gè)工作面出現(xiàn)頂板破碎現(xiàn)象，要合理設(shè)置前架，對(duì)頂板起到良好的支撐作用。

第四，做好支架檢修工作，在檢修工作過程中，要求有關(guān)人員定期檢查初始撐力，提高支架的穩(wěn)定性[9]。

4.結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)及其控制措施進(jìn)行有效分析，例如有效縮短巷道自身的開采時(shí)間、采取超前支護(hù)模式、采用寬面掘卸壓與切槽卸壓等方法、采取鉆孔注漿方式、合理架設(shè)支架等等，可以確保煤礦深井采礦壓顯現(xiàn)得到更好控制，保證煤礦深井采礦工作能夠順利進(jìn)行，顯著降低煤礦深層開采安全事故的發(fā)生率。