某煤礦煤柱回收工作面的巷道圍巖控制技術(shù)研究

摘要：煤柱回收是煤礦資源高效利用的重要環(huán)節(jié)，在煤柱回收過(guò)程中，巷道圍巖的控制技術(shù)直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)和資源回收效率。以某煤礦煤柱回收工作面為研究對(duì)象，詳細(xì)探討了巷道圍巖控制的理論基礎(chǔ)、技術(shù)手段與實(shí)施效果。通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，研究煤柱回收過(guò)程中巷道圍巖的變形規(guī)律和控制技術(shù)。結(jié)果表明，合理的煤柱寬度選擇、高強(qiáng)度的支護(hù)技術(shù)和科學(xué)的巷道布置方式，能夠顯著提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，為煤柱回收工作面的安全生產(chǎn)提供了有力保障。

關(guān)鍵字：煤柱回收 巷道圍巖控制 數(shù)值模擬 支護(hù)技術(shù) 安全生產(chǎn)

Research on Surrounding Rock Control Technology for Roadway of Coal Pillar Recovery Working Face in a Certain Coal Mine

WANG Haijie

Shanxi Huangtupo Xinyun Coal Industry Co.， Ltd.， Changzhi， Shanxi Province， 046599 China

Abstract： Coal pillar recovery is an important link in the efficient utilization of coal mine resources. In the process of coal pillar recovery， the control technology of roadway surrounding rock directly affects the safety production and the efficiency of resource recovery of the mine. Taking the coal pillar recovery working face of a certain coal mine as the research object， this paper discusses in detail the theoretical basis， technical means and implementation effect of roadway the surrounding rock control. Through theoretical analysis， numerical simulation， on-site measurement and other methods， study the deformation rules and control technology of surrounding rock in the process of coal pillar recovery. The results show that the reasonable coal pillar width selection， high strength support technology and scientific roadway layout can significantly improve the stability of roadway surrounding rock and provide a strong guarantee for the safe production of coal pillar recovery working face.

Key Words： Coal pillar recovery; Roadway surrounding rock control; Numerical simulation; Supporting technology; Safety production

煤礦資源作為我國(guó)能源供應(yīng)的基石之一，其高效利用與安全開(kāi)采策略始終備受業(yè)界矚目。在追求可持續(xù)發(fā)展的背景下，煤柱回收成為提升煤炭資源回收效率、減少資源浪費(fèi)的關(guān)鍵途徑。然而，這一過(guò)程中面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)在于如何科學(xué)合理地控制巷道圍巖的變形與潛在破壞，從而確保煤礦作業(yè)環(huán)境的安全穩(wěn)定，避免事故發(fā)生。具體而言，煤柱回收作業(yè)往往伴隨著復(fù)雜的地質(zhì)條件變化，巷道圍巖的穩(wěn)定性問(wèn)題尤為突出。如何采用先進(jìn)的技術(shù)手段，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)并有效緩解圍巖應(yīng)力集中、控制巷道變形，成為保障煤柱回收工作順利進(jìn)行的核心所在。本文深入剖析了某煤礦煤柱回收工作面在實(shí)施巷道圍巖控制方面的具體技術(shù)舉措，不僅涉及理論層面的探討，還涵蓋實(shí)際操作中的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)這些詳盡的分析，旨在為面臨相似地質(zhì)條件和開(kāi)采挑戰(zhàn)的煤礦企業(yè)，提供一套可行的理論指導(dǎo)和技術(shù)實(shí)踐方案，助力實(shí)現(xiàn)更加安全、高效、環(huán)保的煤炭資源開(kāi)發(fā)。

1.巷道圍巖控制理論基礎(chǔ)

1.1巷道圍巖的特點(diǎn)分析

巷道圍巖作為煤礦開(kāi)采中的重要組成部分，其特性直接關(guān)系到巷道的穩(wěn)定性和安全性。深入了解巷道圍巖的特點(diǎn)，是制定有效控制措施的前提。

巷道圍巖的巖性復(fù)雜多樣，從煤層到礫巖、泥巖、砂巖等，各種巖層的物理力學(xué)性質(zhì)存在顯著差異。這種復(fù)雜性使巷道圍巖的變形和破壞機(jī)制變得復(fù)雜多變，需要針對(duì)不同巖性進(jìn)行具體分析。例如：煤層具有較低的強(qiáng)度和較高的塑性，容易發(fā)生垮落和變形；砂巖具有較高的強(qiáng)度和較好的穩(wěn)定性，但在應(yīng)力集中區(qū)域也容易發(fā)生破壞。

煤礦巷道往往處于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中，如斷層、褶皺等構(gòu)造變形帶，這些構(gòu)造面常常成為巷道圍巖破壞的薄弱區(qū)域。在巷道掘進(jìn)和開(kāi)采過(guò)程中，這些構(gòu)造面的存在往往導(dǎo)致巷道圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而增加巷道失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，巷道圍巖受到多種應(yīng)力的作用，包括自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、開(kāi)采引起的附加應(yīng)力等。這些應(yīng)力的相互作用使巷道圍巖的變形和破壞機(jī)制變得復(fù)雜。特別是在煤柱回收過(guò)程中，由于煤柱的卸載和重新加載，巷道圍巖的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化，從而增加了巷道失穩(wěn)的可能性。

在巷道掘進(jìn)后的一段時(shí)間內(nèi)，由于圍巖內(nèi)部應(yīng)力的重新分布和巖體的蠕變效應(yīng)，巷道圍巖會(huì)發(fā)生持續(xù)的變形和破壞。這種變形和破壞過(guò)程往往是漸進(jìn)的，需要長(zhǎng)期觀測(cè)和監(jiān)測(cè)，才能準(zhǔn)確掌握其發(fā)展趨勢(shì)[1]。

1.2圍巖控制理論概述

圍巖控制理論是煤礦巷道工程設(shè)計(jì)和施工的重要理論基礎(chǔ)，其核心在于通過(guò)科學(xué)合理的支護(hù)措施，確保巷道圍巖在開(kāi)采過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。這一理論涉及多個(gè)方面，包括圍巖的力學(xué)特性分析、支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的優(yōu)化等。

圍巖控制理論包括對(duì)圍巖的物理性質(zhì)、力學(xué)參數(shù)和變形破壞機(jī)制的全面研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等手段，獲取圍巖的力學(xué)參數(shù)和變形規(guī)律，為支護(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，還需要考慮巷道所處的地質(zhì)環(huán)境，如地質(zhì)構(gòu)造、地下水條件等因素對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。

支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用是承擔(dān)圍巖壓力，防止巷道變形和破壞。在設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要充分考慮巷道圍巖的力學(xué)特性和地質(zhì)條件，選擇合適的支護(hù)形式和材料。常見(jiàn)的支護(hù)形式包括錨桿支護(hù)、鋼架支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)等。支護(hù)材料的選擇也需要根據(jù)巷道圍巖的特性和環(huán)境條件來(lái)確定，以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。

巷道掘進(jìn)和支護(hù)施工過(guò)程中的工藝和技術(shù)參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性有重要影響。因此，需要采用先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，確保施工質(zhì)量和效率。同時(shí)，還需要加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理巷道圍巖的變形和破壞問(wèn)題。

2煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術(shù)

2.1煤柱寬度的合理選擇

煤柱寬度的選擇是煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。煤柱作為巷道兩側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)，其寬度不僅影響巷道圍巖的穩(wěn)定性，還直接關(guān)系到資源回收率和開(kāi)采成本。因此，合理選擇煤柱寬度對(duì)確保巷道安全、提高資源利用率具有重要意義。

煤柱寬度的選擇需要考慮多個(gè)因素，包括巷道圍巖的力學(xué)特性、地質(zhì)構(gòu)造條件、開(kāi)采方法、開(kāi)采強(qiáng)度等。

首先，對(duì)于強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性較好的圍巖，可以適當(dāng)減小煤柱寬度，以降低資源損失；而對(duì)于強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性較差的圍巖，則需要適當(dāng)?shù)卦黾用褐鶎挾?，以確保巷道的安全穩(wěn)定。

在斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，煤柱需要起到更好的支撐作用，因此應(yīng)適當(dāng)加寬煤柱，以減少巷道圍巖的變形和破壞。同時(shí)，在地下水豐富或地質(zhì)條件較差的區(qū)域，也需要考慮煤柱的防水和穩(wěn)定作用，適當(dāng)調(diào)整煤柱寬度。

此外，采用綜采等高效開(kāi)采方法的礦井由于開(kāi)采強(qiáng)度大、巷道變形快，需要選擇較寬的煤柱，以確保巷道的穩(wěn)定性。而采用炮采等低效開(kāi)采方法的礦井可以適當(dāng)減小煤柱寬度，以提高資源回收率。

2.2高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

隨著煤礦開(kāi)采深度的增加和地質(zhì)條件的復(fù)雜化，巷道圍巖的變形和破壞問(wèn)題日益突出，傳統(tǒng)的支護(hù)方式已難以滿足安全生產(chǎn)的需求。因此，高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為保障巷道穩(wěn)定性的重要手段。高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)主要包括錨桿支護(hù)、鋼架支護(hù)和注漿加固等多種形式。

2.2.1錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)[wl3] 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、支護(hù)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦巷道支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。錨桿通過(guò)錨入巷道圍巖內(nèi)部，利用圍巖自身的承載能力，將巷道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，形成一個(gè)整體受力體系，從而顯著提高巷道的穩(wěn)定性。

2.2.2鋼架支護(hù)

鋼架支護(hù)是一種更為剛性的支護(hù)方式，適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖穩(wěn)定性較差的巷道。鋼架支護(hù)通過(guò)鋼架結(jié)構(gòu)的支撐作用，將巷道圍巖的變形控制在一定范圍內(nèi)，防止巷道發(fā)生垮塌等安全事故。同時(shí)，鋼架支護(hù)還可以與錨桿支護(hù)相結(jié)合，形成復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高巷道的穩(wěn)定性。

2.2.3注漿加固

注漿加固是一種通過(guò)向巷道圍巖中注入高強(qiáng)度漿料，改善圍巖力學(xué)性質(zhì)，提高圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性的支護(hù)方式。注漿加固可以填補(bǔ)巷道圍巖中的裂隙和空隙，增強(qiáng)圍巖的整體性和抗?jié)B性，從而有效防止巷道圍巖的變形和破壞[2]。

2.3科學(xué)的巷道布置方式

科學(xué)的巷道布置方式是煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術(shù)的另一項(xiàng)核心內(nèi)容。合理的巷道布置不僅能夠有效提升巷道的穩(wěn)定性，還能夠優(yōu)化開(kāi)采流程，提高資源回收率，降低生產(chǎn)成本。

在巷道布置時(shí)，首先要充分考慮地質(zhì)構(gòu)造和巖層特性，避免將巷道布置在斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，以減少巷道圍巖的變形和破壞。同時(shí)，根據(jù)巖層傾角和厚度，合理確定巷道走向和傾斜角度，使巷道受力更加合理，提高巷道的穩(wěn)定性。

對(duì)于采用綜采等高效開(kāi)采方法的礦井，巷道布置應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化，減少巷道數(shù)量，以降低開(kāi)采過(guò)程中的巷道維護(hù)成本。同時(shí)，合理設(shè)置煤柱和煤壁，確保開(kāi)采過(guò)程中的巷道穩(wěn)定性。對(duì)于開(kāi)采強(qiáng)度較大的區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)加密巷道支護(hù)，提高巷道的承載能力[3]。

3.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與效果評(píng)估

3.1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法

在煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，可以及時(shí)了解巷道圍巖的變形情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和開(kāi)采活動(dòng)對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響，為后續(xù)的巷道維護(hù)、支護(hù)優(yōu)化和效果評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法主要包括位移監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、破壞情況觀察等。位移監(jiān)測(cè)是通過(guò)在巷道圍巖表面或支護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置測(cè)點(diǎn)，利用全站儀、水準(zhǔn)儀或位移傳感器等設(shè)備，定期測(cè)量測(cè)點(diǎn)的位移量，以判斷巷道圍巖的變形情況。應(yīng)力監(jiān)測(cè)則是通過(guò)在巷道圍巖內(nèi)部或支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝應(yīng)力計(jì)或應(yīng)變計(jì)，監(jiān)測(cè)巷道圍巖內(nèi)部的應(yīng)力變化，以評(píng)估支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和巷道圍巖的穩(wěn)定性。破壞情況觀察則是通過(guò)肉眼或?qū)I(yè)設(shè)備觀察巷道圍巖的破壞情況，如裂縫、剝落、垮塌等現(xiàn)象，以判斷巷道圍巖的破壞程度和支護(hù)效果。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：（1）測(cè)點(diǎn)布置要合理，能夠全面反映巷道圍巖的變形和破壞情況；（2）測(cè)量設(shè)備要準(zhǔn)確可靠，能夠確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；（3）測(cè)量周期要適當(dāng)，既要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，又要避免頻繁測(cè)量對(duì)巷道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的干擾[4]。

3.2 效果評(píng)估

在煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術(shù)實(shí)施后，效果評(píng)估不僅關(guān)注巷道圍巖的穩(wěn)定性改善情況，還涉及支護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性、資源回收率的提升、開(kāi)采成本的控制等多個(gè)方面。

通過(guò)對(duì)比實(shí)施前后的巷道變形量、裂縫發(fā)育情況等指標(biāo)，可以直觀反映巷道圍巖穩(wěn)定性的提升程度。若巷道變形得到有效控制，裂縫發(fā)育減緩或停止，則說(shuō)明控制技術(shù)取得了顯著成效。

支護(hù)結(jié)構(gòu)作為巷道圍巖的主要支撐，其耐久性直接關(guān)系到巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因此，需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，記錄其變形、損壞情況，并評(píng)估其剩余使用壽命。若支護(hù)結(jié)構(gòu)保持良好，未出現(xiàn)嚴(yán)重變形或損壞，則說(shuō)明其耐久性滿足要求[5]。

4結(jié)語(yǔ)

煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術(shù)是煤礦資源高效利用和安全生產(chǎn)的重要保障。通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，本文詳細(xì)探討了某煤礦煤柱回收工作面的巷道圍巖控制技術(shù)。結(jié)果表明，合理的煤柱寬度選擇、高強(qiáng)度的支護(hù)技術(shù)和科學(xué)的巷道布置方式，能夠顯著提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，為煤柱回收工作面的安全生產(chǎn)提供了有力保障。未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和研究的深入，相信會(huì)有更多新的技術(shù)手段應(yīng)用于煤礦巷道圍巖控制領(lǐng)域，為煤礦生產(chǎn)帶來(lái)更好的效益和保障。

參考文獻(xiàn)

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