煤矿回采巷道矿山压力控制与支护探讨张虎--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

煤矿回采巷道矿山压力控制与支护探讨张虎

发表时间：2020/10/23 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张虎

[导读] 摘要：巷道开掘后岩体的原岩应力状态被打破，受超前支承压力的影响，部分岩体的承载能力下降，此时如果不对暴露岩体进行有效控制，巷道极易发生结构性破坏，最终导致冒顶等事故。

        国家能源集团神东补连塔煤矿内蒙古鄂尔多斯 017209
        摘要：巷道开掘后岩体的原岩应力状态被打破，受超前支承压力的影响，部分岩体的承载能力下降，此时如果不对暴露岩体进行有效控制，巷道极易发生结构性破坏，最终导致冒顶等事故。因此在矿井生产过程中，应当对巷道及工作面矿压分布规律进行深入研究，为优化巷道支护提供有力支承。此外，工作人员应当了解巷道变形规律，了解围岩运动与破坏之间的关系，保证巷道在正常服务年限内的稳定。顶板事故作为矿井的五大自然灾害之一，严重制约着采掘工作的顺利开展，合理的支护设计需保证在有效控制围岩较早变形离层的同时，还能够充分调动顶板上部结构自身的承载能力。文章分析了矿山压力的形成机理，分别研究了煤层厚度、顶板岩性、回采速度、支护结构对工作面矿压显现程度的影响，基于掘进巷道周围的矿压分布规律提出了支护参数设计选型的思路。
        关键词：煤矿；回采巷道；压力控制；支护技术
        1矿山压力形成机理及影响因素
        1.1矿压形成机理
        原岩应力场作为一种非稳定应力场，三个主应力的大小和方向随着空间和时间的变化而变化，在巷道开挖前所受垂直应力基本等于上覆岩层的重量，但随着开采深度的增加，平均水平应力与铅直应力的比值不断减小。深入研究采场周围的原岩应力分布规律可以为合理选择巷道位置、优化支护参数、防治冲击地压等提供重要的支撑。在巷道开挖过程中，原岩应力遭到破坏，导致其上覆岩层压力增大，而较大的压力会导致围岩的运动发生不同程度的变化。在矿井的开采过程中，应力会出现多次重新分布，顶板部分区域往往存在多个应力场相互叠加的情况，在生产过程中，若支护设计不科学，则会出现冒顶拱帮危险。
        1.2矿压影响因素
        矿山压力的影响因素主要分为自然条件和开采条件两大类。一般来说稳定坚固的顶板对其下沉量及支柱承受压力造成的影响较小，破碎顶板的下沉量及其支柱承受压力都比较大。同等条件下煤层愈薄，支承压力峰值、集中系数愈大。目前，矿井机械化水平急速提升，而实际生产过程中经常会遇到不同类型的断层及破碎带，特殊地质构造的存在不仅会影响巷道周围的应力分布状态，而且还会对采掘作业的效率产生一定的影响。一般而言，工作面的推进速度越快，超前支承压力峰值点越高，且峰值点的距离距煤壁越近，矿压显现就愈强烈。所以要将巷道的掘进速度控制在合理的范围内，从而降低矿压显现的影响。为有效控制巷道开挖后顶板的下沉，必须对开挖区域的顶帮进行及时、有效的支护，合理的支护结构能够有效适应围岩的初期变形，将整个巷道的变形量控制在合理的范围内，从而充分调动顶板“大结构”单元的承载能力。
        2矿压控制及支护策略
        为进一步提高日常生产过程中支护结构的科学性、合理性，在巷道支护参数选择的过程中需遵循如下基本流程：合理选择巷道位置—分析预判待开掘区域矿压分布特征—设计确定支护参数—合理安排施工时间。
        2.1合理选择巷道位置
        部署巷道时要尽量避开断层、陷落柱等大的地质构造带，相邻工作面巷道在掘进的过程中，要合理选择煤柱宽度，将待开掘巷道布置在应力降低区内。同时要积极推广使用沿空掘巷、沿空留巷等新型工艺，以保证工作面在提高区段煤柱回收效率的同时最大限度地降低巷道维护成本。除此之外，沿空留巷等工艺还可有效改善工作面的通风条件，从根本上解决上隅角瓦斯积聚的技术难题。
        2.2分析预判待开掘区域的矿压分布特征
        在进行矿井巷道的支护工作时，应当明确巷道周围压力的传递过程。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

随着采掘工作的不断推进，邻近岩层的原岩应力被破坏，周围岩体的承载能力也不断降低，此时周围岩体的压力便会向深部转移，在掘进巷道前方依次会出现应力降低区、应力增高区、原岩应力区三个区域，侧向支承压力的分区也与此类似，从岩石的破坏形态划分，应力降低区的岩石多为塑性破坏、应力增高区的岩体则以弹性变形为主。在应力场的形成过程中，由于矿压的存在会导致煤层出现不同程度的变形，而每次的变形都会导致围岩应力场的重新分布，所以在巷道开掘前应采用公式计算、数值模拟、经验类比等多种手段精准地估测超前支承压力的峰值强度、影响范围。
        2.3设计确定支护参数
        传统的巷道支护作业主要是依据作业人员的经验对支护锚杆的长度和支护密度进行确定，煤矿井下地质条件复杂，因此在实际支护过程中需要反复对井下顶板锚杆和帮锚杆的支护长度、支护密度等进行调整，以满足安全支护的作业需求，不仅支护效率低、人员劳动量大而且支护稳定性差，限制了巷道掘进速度的提升。结合矿井实际生产过程中的不同力学结构模型及其变化情况可以有效解决不同应力环境下的巷道支护及维护问题，所以在进行巷道支护时应当充分了解巷道的地质结构及应力分布规律，严格依照相应的力学结构模型进行巷道支护方案的设计，并在实际运用的过程中对相关理论进行不断完善，从而有效推进后续工作的开展。
        2.4合理安排施工时间
        合理设置巷道的开挖时间将直接影响矿山压力的控制效果。巷道掘进过程中应保证具有足够的安全距离进行巷道的维护，同时，精准计算生产所需的时间，以保证后续相关巷道掘进工作的安全性。
        3井下支护施工工艺优化
        在煤矿井下巷道掘进作业中，能否进行各工序的平行作业，直接影响到巷道掘进效率，传统煤矿井下作业均采用戴帽点柱临时支护，对作业时间要求较为严格，需要在出现迎头空顶后1h内将戴帽点柱设置完成，而且还要求该点柱必须设置在硬底基座上，该工序操作繁琐且难度极大，通常需要多次尝试才能完成设置，极大地影响了巷道掘进作业的速度。因此，为了适应巷道快速掘进的要求，推荐采用锚杆支护方案，在巷道顶板稳定性差、易发生碎裂的位置，应注意降低悬空顶的面积，在支护作业时尽量缩短单次循环的进度尺寸，同时在顶板位置采用双层金属护网防护，避免碎石飞落，所选择的网孔尺寸不宜超过100mm，同时采用钢筋梯子梁组合锚索补强支护，顶板锚杆之间的排距最大不超过1000mm，锚索支护方案采用了快速安装螺帽结构，能够进行快速的拆装和组合，对比旧的支护方案，能够缩短50%的支护作业时间，极大提升了井下支护作业的速度，提升巷道掘进效率。
        4结语
        煤炭作为国民经济发展中最重要的保障性能源资源，随着全球对煤炭资源需求量的不断增加，各煤炭生产企业不断采用先进的作业手段提升煤矿井下的综采作业效率。目前，煤炭综采过程中的机械化程度已经达到了30%以上，限制井下综采效率进一步提升的瓶颈已经转化为巷道的掘进效率无法满足综采作业速度的需求，因此如何提升煤矿井下巷道掘进效率便成了目前煤炭生产企业最关注的问题。矿山压力的控制及支护，特别是在回采巷道中的应用对于整个矿井生产效率的提升具有极其重要的意义。而矿井实际生产环境较为复杂，应当在支护过程中充分考虑矿井实际情况，结合围岩破坏规律提出对应的支护方案，实现整个矿井的安全支护及生产。同时，相关工作人员也应当提升个人安全意识，不断改进支护方案，最终推动整个矿井支护作业发展。
        参考文献：
        [1]梁延辉，王立亚，曹杰.大断面突出煤层快速掘进技术的创新[J].煤矿机械，2010（4）：201-202．
        [2]马长乐，袁龙飞，张羽，等.大断面煤巷快速掘进施工工艺[J].煤矿安全，2013，44（5）：98-100．
        [3]索永录，赵峰，刘洋.王家山矿锚网支护煤巷掘进速度影响因素分析[J].煤炭科学技术，2008（13）：27-30．
        [4]赵庆民，张连良，刘增平，等.煤巷锚杆支护快速掘进的实践和经验[J].矿山压力与顶板管理，2002（2）：44-45．