煤礦回采巷道礦山壓力控制及支護(hù)技術(shù)研究

米飛 李騰躍

1.四川省川南煤業(yè)有限責(zé)任公司魯班山北礦 四川 宜賓 645251；

2.四川省川南煤業(yè)責(zé)任有限公司 四川 瀘州 646000

引言

由于煤礦開采作業(yè)不可避免會(huì)破壞和影響地層結(jié)構(gòu)，增加開采作業(yè)中的安全隱患。為了預(yù)防上述問題，就需要在開采作業(yè)中做好回采巷道礦山壓力控制工作，分析其與巖層分布、應(yīng)力大小以及分布條件之間的聯(lián)系，指導(dǎo)后續(xù)開采作業(yè)的開展，掌握巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及出現(xiàn)應(yīng)力問題的原因，通過相應(yīng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用來保障煤礦開采作業(yè)安全。

1 煤礦回采巷道礦山壓力控制

所謂的回采巷道礦山壓力就是其上方巖體對回采巷道所造成的壓力，其受到巖層運(yùn)動(dòng)條件的直接影響，且此壓力的大小以及分布情況也會(huì)對后續(xù)開采作業(yè)和壓力控制工作產(chǎn)生直接影響，如不有效控制容易造成頂板坍塌事故等。這主要由于巖層運(yùn)動(dòng)會(huì)對應(yīng)力場的應(yīng)力大小造成破壞而影響回采巷道的整體結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性。比如在同一個(gè)時(shí)空下受到巖層運(yùn)動(dòng)和破壞的影響會(huì)出現(xiàn)新的轉(zhuǎn)換形態(tài)等[1]。

2 回采巷道礦山壓力的分類

回采巷道礦山壓力，首先是原始應(yīng)力場中的巷道。針對此種環(huán)境下對井下巷道所造成的較大影響，在原始應(yīng)力場下開展巷道開挖作業(yè)時(shí)，按照不同特征將此種壓力分為以下兩種：一種是針對巖石層下方的巷道，受到巖層重力應(yīng)力場的影響會(huì)對巷道造成較大的危害。二是在環(huán)境發(fā)生改變時(shí)會(huì)改變巖石層重力及其對巷道穩(wěn)固性的影響，加之受到其自身承重力和結(jié)構(gòu)作用力等綜合應(yīng)力影響，也會(huì)出現(xiàn)參與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場環(huán)境。其次是在井下開展機(jī)械作業(yè)時(shí)會(huì)導(dǎo)致井下巷道壓力的增加，尤其是在深入巷道內(nèi)部開展挖掘和開采作業(yè)時(shí)，會(huì)對巷道內(nèi)部巖石層造成破壞并改變井下巖石層結(jié)構(gòu)狀態(tài)，基于上述情況也會(huì)改變巷道內(nèi)部應(yīng)力以及內(nèi)部壓力環(huán)境。最后是在巷道開采作業(yè)中會(huì)在采掘位置需要支撐力，這就需要通過支撐部件的應(yīng)用來支撐巷道內(nèi)部空間，但是在巖石層重力的影響下，會(huì)使得巷道壁周邊作用力的增加，使得其周邊圍巖的壓力較大，此應(yīng)力會(huì)隨著支撐面積的增加而增大[2]。

3 煤礦回采巷道礦山壓力的控制技術(shù)要點(diǎn)

在開展礦山支護(hù)作業(yè)之前，需要了解巷道礦山壓力變化情況并確定壓力場控制以及巷道開采時(shí)間。因此在內(nèi)應(yīng)力場形成前期以及后期要做好支護(hù)設(shè)計(jì)工作，對于前者來說，就是在巷道原有壓力的應(yīng)力下，開采作業(yè)會(huì)直接影響開采空間，擴(kuò)充開采空間，推進(jìn)后續(xù)工作開展，為此要采取工程類比的方式開展煤幫加固工作。在此壓力控制工作中，先要對巷道挖設(shè)位置進(jìn)行明確。也就是基于對內(nèi)外應(yīng)力因素進(jìn)行確定之后，明確應(yīng)力場位置以及巷道挖設(shè)位置，設(shè)置在二者結(jié)合點(diǎn)來防止受到巖石重力和巷道內(nèi)壁支力的影響。此外，針對內(nèi)應(yīng)力場形成時(shí)在礦山壓力影響下可能會(huì)對煤層造成的變形或壓縮等問題，表現(xiàn)在出現(xiàn)壓縮或變形時(shí)會(huì)改變壓力的特點(diǎn)，進(jìn)而形成內(nèi)壓力[3]。

4 煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)技術(shù)措施

4.1 巷道挖掘位置的確定

在開展巷道挖掘作業(yè)之前，需要對挖掘區(qū)域開展探測工作來確定此區(qū)域的應(yīng)力場大小。在此過程中需要對應(yīng)力場的位置和影響范圍進(jìn)行初步確認(rèn)，然后在巷道挖掘作業(yè)中對挖掘位置問題進(jìn)行全面分析和研究，防止內(nèi)外應(yīng)力對挖掘作業(yè)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此要結(jié)合內(nèi)外應(yīng)力場的結(jié)合點(diǎn)對巷道開挖位置進(jìn)行確定，保證在此位置開展挖掘作業(yè)時(shí)受到較小的巖石重力以及巷道內(nèi)壁支撐力作用。同時(shí)還要適當(dāng)擴(kuò)大預(yù)留煤柱的寬度，不僅可以實(shí)現(xiàn)外部壓力因素的降低，而且可以在巷道使用完成之后對其進(jìn)行回收再開采作業(yè)，實(shí)現(xiàn)煤炭回采率的提升，保證煤礦回采作業(yè)安全。

4.2 巷道挖掘時(shí)間的確定

由于煤礦回采作業(yè)比較依賴機(jī)械設(shè)備，但是在使用機(jī)械設(shè)備時(shí)容易對巷道內(nèi)部巖石層環(huán)境以及井下作業(yè)的應(yīng)力場環(huán)境造成改變。為此，要對現(xiàn)有應(yīng)力場環(huán)境開展監(jiān)測工作，在此基礎(chǔ)上對井下機(jī)械作業(yè)時(shí)間和推進(jìn)速度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，合理確定挖掘時(shí)間，預(yù)防上述問題，保障作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定性。

4.3 錨桿支護(hù)參數(shù)的確定

錨桿參數(shù)的確定需要依據(jù)圍巖性質(zhì)和穩(wěn)定類型等因素來選擇和確定，比如對于松動(dòng)圈圍巖來說，此種圍巖具有較小的自重，難以發(fā)揮錨桿在圍巖上的作用。針對此類圍巖則無須采取錨桿支護(hù)措施，僅需要采取噴射混凝土的方式進(jìn)行支護(hù)。在此支護(hù)技術(shù)應(yīng)用中需要厚度混凝土噴射厚度為20cm以下。而由于圍巖條件處于中等穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的碎小與脹裂問題，增加出現(xiàn)巷道巖體裂縫的概率，需要通過錨桿的應(yīng)用來防止上述變形問題。也就是在松動(dòng)圈之外固定錨桿時(shí)，將此錨固段設(shè)置在塑性區(qū)中，結(jié)合懸吊理論來確定錨桿參數(shù)，發(fā)揮其拉伸、擠壓與加固等作用。

如果巷道中的巖石松動(dòng)圈在1.5m以上，則會(huì)引發(fā)巖石的較大變形問題，針對此問題則需要增加支護(hù)強(qiáng)度并控制支護(hù)的可塑性。針對此問題，則應(yīng)采取錨噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，確定錨桿參數(shù)的方法同上。由于松動(dòng)圈的厚度較大，因此所用錨桿的長度也需要相應(yīng)增加，這也增加了安裝難度，容易由于拉力加大而影響錨固效果。而針對層狀結(jié)構(gòu)的巖層，需要在堅(jiān)硬巖層中設(shè)置錨固點(diǎn)，并且在巷道表面設(shè)置金屬網(wǎng)，通過噴層處理來提升支護(hù)效果。

5 結(jié)束語

在煤礦回采巷道中開展礦山開采作業(yè)時(shí)，針對不同類型的礦山壓力需要做好壓力控制與支護(hù)作業(yè)，以保障開采作業(yè)安全。為了確保礦山控制與支護(hù)方法的科學(xué)性，需要對整個(gè)開采環(huán)境進(jìn)行分析并開展分類研究，準(zhǔn)確確定壓力數(shù)據(jù)，選擇合理的支護(hù)方案，減少巷道變形量。