淺析煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)

杜 斌

(江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司第四工程處，江蘇 徐州 221006)

0 引言

回采巷道是指直接服務(wù)于采煤工作面的巷道，主要是開(kāi)掘在工作面兩側(cè)的區(qū)段運(yùn)輸平巷和區(qū)段回風(fēng)平巷。回采工作面的礦壓和頂板的管理工作在煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。隨著煤礦開(kāi)采深度的增加，礦業(yè)作用越來(lái)越明顯，這就影響了煤礦井下的開(kāi)采進(jìn)度，而且礦壓顯現(xiàn)時(shí)還容易造成工作面的垮塌，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)不利的影響，還可能引發(fā)煤礦頂板事故。因此作為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)管理和技術(shù)人員要掌握回采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，加強(qiáng)頂板的管理工作，降低事故發(fā)生的幾率，促進(jìn)煤礦的安全生產(chǎn)，和諧發(fā)展。

1 煤礦回采工作面礦壓影響分析

在煤礦開(kāi)采前期，巖體因自重作用原巖應(yīng)力處于靜止?fàn)顟B(tài)，但當(dāng)開(kāi)掘巷道或進(jìn)行回采時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)因失衡而重新分布，若重新形成的應(yīng)力超過(guò)巖體、煤層的強(qiáng)度極限，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生破壞作用，直至應(yīng)力再次恢復(fù)平衡，該過(guò)程中的作用力，即礦山壓力不可避免的會(huì)產(chǎn)生諸多力學(xué)現(xiàn)象，如圍巖發(fā)生變形或擠入巷道而造成巖體移動(dòng)、離散或冒落，支架出現(xiàn)變形或被壓裂甚至折斷，煤體出現(xiàn)片幫、壓松或被突然拋出，地表和巖層出現(xiàn)移動(dòng)甚至塌陷，充填物沉縮等。這些都會(huì)對(duì)回采工作面帶來(lái)不同程度的影響，造成頂板難以支護(hù)和管理，進(jìn)而影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，制約開(kāi)采工作順利、安全進(jìn)行。

2 煤礦回采巷道礦山的壓力控制策略

2.1 科學(xué)地選用發(fā)掘巷道的區(qū)域

在已經(jīng)遭受破壞的煤帶寬度區(qū)域之內(nèi)，也就是在將內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)區(qū)域確定的前提下，盡可能地確保在內(nèi)外應(yīng)力場(chǎng)的臨界位置深入巷道發(fā)掘直接的內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)。如果不兼顧回收，那么放大留煤柱的寬度是發(fā)掘內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)巷道的最好手段，如此能夠最大程度地降低護(hù)巷煤柱的變形量與承受的壓力，從而提升安全系數(shù)。倘若要縮小內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)巷道留煤柱寬度也可以，那么就應(yīng)當(dāng)確保不會(huì)發(fā)生漏風(fēng)等不良的現(xiàn)象，并且在充分地進(jìn)入可靠狀態(tài)的情況下才能夠發(fā)掘內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的巷道。

2.2 合理地選擇發(fā)掘巷道的時(shí)間

正確地確定發(fā)掘巷道的時(shí)間是煤礦回采巷道礦山壓力控制的關(guān)鍵。而對(duì)巷道變形進(jìn)行控制的重點(diǎn)是確保在回采的時(shí)候，推進(jìn)至計(jì)算好的時(shí)間范圍與一些既定的距離，然后再發(fā)掘內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的巷道。在整個(gè)的過(guò)程當(dāng)中，我們應(yīng)當(dāng)一直重視業(yè)已滯后的距離與時(shí)間都穩(wěn)定在可以滿足內(nèi)應(yīng)力的維護(hù)與發(fā)掘，這是一個(gè)重要目的。根據(jù)發(fā)掘巷道的時(shí)間，應(yīng)當(dāng)借助精確的考核與計(jì)算獲得，確保時(shí)間的正確性，這跟上述科學(xué)地選用發(fā)掘巷道的區(qū)域同等重要，也是需要引起足夠重視的。

3 搞好煤礦回采巷道礦山壓力的支護(hù)工作

回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與礦山基本巷道不同，要受采煤工作面采動(dòng)影響，變形量大。它開(kāi)掘在煤層中，比開(kāi)掘在穩(wěn)定巖石中巷道更難維護(hù)，更容易發(fā)生片幫和底鼓。但是，回采巷道絕大多數(shù)只為開(kāi)采一到兩個(gè)采煤工作面服務(wù)，服務(wù)年限較短，只要在這一較短的時(shí)間內(nèi)，能保證它的正常使用，允許它有比基本巷道大的變形量。因此，它的支護(hù)一般有兩種基本類型：一是基本支護(hù)，即巷道開(kāi)掘后，對(duì)巷道實(shí)施的支護(hù)，直至巷道廢棄；二是加強(qiáng)支護(hù)，即巷道進(jìn)入采動(dòng)影響階段，基本支護(hù)不足以承受采動(dòng)壓力影響時(shí)，進(jìn)行的臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，采動(dòng)影響消除后即可撤除。

3.1 明確煤礦回采巷道礦山壓力發(fā)展的整個(gè)過(guò)程

內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)變形、維護(hù)和開(kāi)掘巷道的時(shí)間等因素是影響支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，鑒于此，劃分支護(hù)設(shè)計(jì)為內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)形成前階段以及形成階段這兩個(gè)過(guò)程。第一，形成前階段的整個(gè)過(guò)程。一是在推進(jìn)工作面前，在固有巷道壓力制約下的過(guò)程；二是在推進(jìn)工作面之后，因?yàn)椴蓤?chǎng)推進(jìn)影響而導(dǎo)致增加回采空間，礦山壓力的狀態(tài)是遞增的，塑性破壞和彈性壓縮始于煤壁邊緣，逐步地?cái)U(kuò)張到縱深的發(fā)展過(guò)程；三是在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)推進(jìn)工作面全部處在塑性破壞情形的時(shí)候，在不斷增加的支撐壓力和采場(chǎng)推進(jìn)的影響下，承壓壓力呈現(xiàn)遞減的過(guò)程。第二，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)形成階段的整個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是由工作面的長(zhǎng)度影響到達(dá)裂斷破壞拱內(nèi)一切上覆巖層裂斷運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過(guò)程，一般來(lái)講，劃分為第一巖梁裂斷、第二巖梁裂斷，以及第三巖梁裂斷的發(fā)展過(guò)程。在這個(gè)階段的整個(gè)過(guò)程中，基于礦山壓力的影響，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)區(qū)域煤層可能發(fā)生變形壓縮的情況，每一次的壓縮與壓力變形都有著顯著的增減過(guò)程是它的明顯特性。

3.2 實(shí)施支護(hù)設(shè)計(jì)

在對(duì)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)各個(gè)階段發(fā)展過(guò)程進(jìn)行深入了解的前提下，實(shí)施有目的性的支護(hù)設(shè)計(jì)。把采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律當(dāng)作理論基礎(chǔ)是煤礦回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)是可以系統(tǒng)地處理不同空間狀況下內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的維護(hù)和存在的一系列技術(shù)問(wèn)題，且能夠定量地研究和設(shè)計(jì)支護(hù)。第一，對(duì)發(fā)展規(guī)律和區(qū)域預(yù)測(cè)進(jìn)行探究，它的工作事項(xiàng)是在采動(dòng)支撐影響方位巖層破壞和運(yùn)動(dòng)的情況下，分析巖層運(yùn)動(dòng)的礦山壓力規(guī)律和對(duì)影響內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的區(qū)域。第二，對(duì)礦壓控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)進(jìn)行確定，應(yīng)當(dāng)將一系列的空間形勢(shì)加以綜合，不斷地探究煤礦回采巷道裂斷巖梁的發(fā)展趨勢(shì)、礦山壓力的大小、來(lái)源等問(wèn)題，并根據(jù)“采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)”這個(gè)重要的動(dòng)態(tài)發(fā)展理論，實(shí)施系統(tǒng)、全面、綜合性地探究。第三，對(duì)巷道合理的支護(hù)設(shè)立理論進(jìn)行完善，在對(duì)壓力的來(lái)源和大小進(jìn)行明確的前提下，且對(duì)巖層破壞對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)造成的影響進(jìn)行判別，將固有的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)階段往科學(xué)化發(fā)展時(shí)期轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)論

總之，設(shè)計(jì)回采巷道需要選用合適的斷面，將最理想的掘進(jìn)區(qū)域與掘進(jìn)時(shí)間確定好，以及在最理想的時(shí)機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)設(shè)計(jì)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)理想的支護(hù)效果，并且也能夠使得維護(hù)的成本減少。

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