談煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護

許光輝

（陜西火石咀煤礦有限責任公司 陜西咸陽 713500）

摘 要：煤礦的生產是一個復雜的系統化內容，安全問題是煤礦生產開展的最基本條件，煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護工作對于采煤環節具有十分重要的作用，因此國家和煤礦企業技術人員對于該問題的研究也較為充分，本文將重點對回采巷道礦山壓力控制的理論和模型進行分析，對相應回采巷道側煤柱支護參數進行討論，最后分析支護選型以及相應控制策略。

關鍵詞：煤礦；回采巷道；礦山壓力；支護

煤礦的開采工作將會影響礦山的諸多方面活動，主要表現在礦山整體的壓力分布情況、巖層運動軌跡情況、礦山應力分布等。重力應力場的變化是導致頂板坍塌、巖層運動破壞作用的主要原因。為了保證煤礦正常生產活動的開展，確保工作人員生命安全，增加煤礦效益，分析煤礦回采巷道礦山壓力控制的主要問題，針對問題產生的原因開展針對性對策討論十分必要。

1 回采巷道礦山壓力控制理論

在回采巷道煤炭開采過程中，地下圍巖的應力場會由于礦山壓力變化而變化，主要的應力變化來源主要分為以下三個方面：

第一，采動支承壓力范圍外，即開挖和維護原始應力場中的巷道。原始應力場的特征主要表現在兩種類型的改變：一是單純由于上部巖層的重力作用，直接向下作用的應力；另一種是同時存在重力和殘余應力的綜合作用，巖層內部本身積累著一定的應力作用。

第二，采動支承壓力范圍內維護和開挖巷道，其巷道圍巖應力的分布情況主要是由重力決定的，實際生產開展過程中，如果巖層運動完全消失，那么該范圍內的應力也趨近于零。

第三，在采動支承壓力的高應力區開挖和維護巷道其主要的應力來源為整體重力。

2 煤礦回采巷道礦山壓力控制措施

2.1 確定巷道開挖位置

對于巖層運動已經被破壞的煤層開挖過程中，第一步需要確定礦山整體應力場的整體分布情況，在開挖和維護的過程中盡可能的將巷道開掘的應力場向內外應力場的臨界點轉移。增加留煤柱的寬度是不回收條件下開挖巷道處理應力場變化的最佳方法，其優點是能夠最大限度的將護巷煤柱受到的應力和變形降到最小，這樣對于整個巷道和煤礦而言，安全系數最高。如果在縮小應力場的巷道留煤柱寬度采用線縮小模式，其核心工作是保證巷道漏風的問題，而且必須待內應力場完全穩定才能開展后續開挖工作。

2.2 科學安排挖掘時間

通過分析煤礦回采巷道內應力場的煤層整體應力分布情況和變化情況，結合相應位置關系可以了解到挖掘時間對于整體應力分布和變化的影響具有十分重要的作用，因此在回采過程中，應當確?；夭晒ぷ黜樌那疤嵯拢瑢τ媱澗嚯x和時間內挖掘內應力場外之外的巷道，之后再一定時間之后開展內應力場中的巷道開掘工作。開掘過程中，技術人員必須嚴格控制滯后時間域距離，使其能夠確?；夭上锏赖姆€定并且持續開挖。對于巷道開掘時間的計算應當在開挖前進行詳細的計算，保證科學合理，使得開掘時間與位置能夠與計劃相符。

3 保證支護設計

3.1 重視發展過程支護設計

影響支護設計的主要因素有巷道開掘和維護的時間長度、內應力場的應力變化情況。通過對支護設計影響因素的分析，將支護設計工作分為兩個階段：內應力場形成前階段和內應力場形成階段。形成前階段主要分為三個部分：第一，工作面推進之前原有巷道壓力導致的發展變化；第二，工作面推進后，采場推進導致的回采空間變化，礦山壓力增加，彈性壓縮和塑性破壞過程從煤壁靠近邊緣的位置開始呈現，逐漸向各個方向進行擴張。第三，當工作面推進到內應力場完全呈現塑性狀態時，采場推進與支撐壓力將會持續增加，承壓壓力快速降低。形成階段，也就是工作面進入斷裂破壞的嚴策內發展和破壞的過程，主要分為三個部分：第一，巖梁裂斷運動；第二，巖梁裂斷運動的發展變化；第三，巖梁裂斷運動的發展過程。在這一階段內，礦山壓力不斷變化，內應力場范圍煤層會發生壓縮變形，其主要特點是每次變化過程都是一個先增后減的過程。

3.2 支護設計

支護設計工作在開展之前必須充分的對內應力場掌握，從而根據實際應力情況來開展相應的支護設計工作。煤礦回采巷道的支護設計需要以應力場的基本情況為依據，結合結構力學模型的動態規律進行全面分析，其優點在于系統化對不同空間條件進行內應力場的定量研究，處理相應的技術難點和重點，以定量研究為中心。第一，分析變化范圍內的發展過程。這一環節的主要內容是對處于采動支承作用范圍的巖層運動及破壞形式，分析相應的內應力場和巖層變化情況。第二，確定礦壓設計的基本信息。在開展礦壓設計時應當充分對多種形式的空間形態進行分析，分析煤礦回采航到礦山壓力的主要來源、強度、裂斷巖梁的運動變化等，結合前期生產經驗總結的“采場結構力學”相關理論，進行全面系統的分析設計。第三，完善相應理論內容。在保證對基本的內應力場分布規律掌握后，對巖層的破壞運動發展過程進行判定，預測可能產生的影響，對照前期經驗數據進行轉化，應用到自身礦山的生產中。為了更好的完成支護設計必須全面的對礦山的巖層基本信息進行全面細致的分析，采用定量研究的方式來實現對實際應力變化場進行模仿，提升設計的安全性。

4 工程實例

根據現場施工實際情況，巷道頂板采用錨桿+鋼帶+網支護，頂錨桿采用直徑22mm螺紋鋼錨桿，錨桿長度為2.2m，每孔裝藥量2卷，配（12O×l2O×6）mm 的碟形托盤和金屬網支護。巷中打兩趟錨索，錨索排距2m，錨索間距不大于3m。煤幫采用錨桿網支護，排距與頂錨桿相對應，上下幫每排各3根，錨桿采用直徑20mm 的右旋等強錨桿支護，錨桿長度為2m，每孔裝藥量1卷，配（12O×l2O×6）mm 的碟形托盤和菱形金屬網支護。如圖1所示。

5 應用分析

5.1 頂板錨桿支護參數的確定

根據圍巖分類結果，頂板大青灰巖屬于Ⅰ～Ⅱ類圍巖?？紤]到巷道的頂板巖層組合是變化不定的，有些位置大青灰巖的厚度可能較小。綜合圍巖分類和數值模擬分析結果，頂板比較完整時不需要支護，頂板不完整時進行錨桿支護；頂板厚度1-2m之間時進行支護，大于2m時不需要支護。錨桿支護的下述參數的設計原則是：在成本相近的條件下優先采用國內先進的技術和材料，并研究試用更經濟合理的支護材料，適應錨桿支護的要求。

（1）錨固形式

本設計確定采用樹脂加長錨固，在機具等條件具備時優先采用全長錨固錨桿。加長錨與全長錨固與端頭錨固相比的優點是：防止頂板巖層的相互錯動，提高巖層的抗剪能力；可以阻止任何兩點的相對變形和離層，保護圍巖的穩定性；錨桿支護系統剛度加大，能有效地限制圍巖變形；避免了因錨桿托盤上巖石塌落后引起的錨桿失效，使錨桿始終發揮其自身的較大錨固力。

（2）錨桿結構

為了滿足加長錨固的需要，錨桿桿體選擇已獲專利的金屬粗尾錨桿，桿尾螺紋規格為M24，采用滾絲加工工藝而成。螺母為加厚螺母。這種錨桿的強度高，延伸率大，在錨尾位置保證不發生破斷，表面的凹凸紋理可以保證錨固劑與桿體間的足夠的錨固力。

（3）桿體直徑

錨桿直徑選擇主要從如下二個方面考慮：（1）技術合理性：單純從維護圍巖穩定性的角度上看，錨桿阻力越大越好，即桿體直徑越大，越能保持巷道的穩定性。但是，在孔徑一定的條件下，錨桿直徑的加大則意味著錨固厚度的減少，錨固劑厚度為3mm時錨桿的錨固力最大。（2）經濟合理性：鉆孔的直徑是一定的，所以加長錨固時錨桿直徑增加，錨固劑的用量卻減少，總的成本并不一定增加很多。綜合上述兩個因素，確定使用？20mm的桿體直徑。

（4）錨固劑型號及數量

頂板錨桿采用樹脂錨固劑（即錨固長度為1300mm）。為保證錨桿有可靠的錨固效果，且便于安裝，每孔中裝入兩種速度的錨固劑，即孔底為快速錨固劑，其余為慢速錨固劑。錨固劑直徑為25mm。采用樹脂錨固劑，型號為z2550。

（5）托梁及護網

鋼筋梯子梁：為了保證錨桿支護系統的整體性和可靠性，保證需要支護處頂板安全，設計使用型號為。

護網：頂板采用菱形金屬網滿護，以防漏頂。金屬網用10#絲編織，網長度依巷道寬度而定為5.0米，寬度依循環而定為800mm，網格60*60mm?，F場應用50*50 12#鉛絲 寬度與錨桿排距相適應。

（6）托盤

托盤的承載能力應與錨桿的力學性相適應，根據試驗確定使用中間凸出的方形托盤。托板型號為T120，尺寸為120*120*8mm冷壓碟形鋼板。

5.2兩幫支護參數確定

根據試驗得知，8號煤較硬，f值達到5左右。所以對于軌道巷的支護強度不用過大。根據前面的分析，采用的參數如下。

兩幫采用 18的金屬錨桿，長度2.2m。對于地質構造比較發育的情況，采用錨索加固或在不可控段巷道應用金屬支架。煤幫在使用金屬粗尾錨桿時同時采用菱形金屬網護幫。

5.3錨桿間排距設計

在頂板及兩幫錨桿參數確定以后，主要是確定錨桿的布置及位置。根據《煤巷樹脂錨桿支護技術規范》，Ⅰ類圍巖，而且頂板是灰巖，所以不用支護；Ⅱ類圍巖頂板，頂板較完整的采用單體錨桿，頂板較破碎，使用錨桿加錨網。通過數值模擬分析后，驗證得出選取的錨桿支護參數比較合理。

在巷道頂板比較破碎的位置，錨桿支護最大間排距為1.0m、最小間排距0.7m。因此，錨桿的間排距為0.7～1.0m。

6 結束語

通過對煤礦回采巷道礦山壓力控制技術的理論分析，研究得出相應實用理論，尋找到解決礦壓控制與設計核心內容，從而更好的為之后的生產工作提供良好的理論支持。在完成內應力場分布規律研究之前，首先明確開挖的具體位置和開挖時間，從而更好的開展針對性調查，便于在控制過程中采用準確有效的措施，保證回采巷道開掘和維護的穩定。通過長期大量的實踐經驗，總結形成全面的煤礦回采巷道礦山壓力控制研究體系，加強對于礦山生產研究工作的發展，采用科學高效的技術更好的完成實際生產過程中的主要問題，更好的保證礦山生產過程中的安全，提升整體礦山的安全系數，使得煤礦開采工作順利高效進行，安全作用，使整體煤礦綜合效益高效提升。

參考文獻：

[1] 寧瓊.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理探討[J].現代商貿工業.2013（18）：121-123

[2] 關顯華，付明超，陳維新.新建煤礦回采巷道頂板支護研究及應用[J].煤.2014（10）：25-27

[3] 狄飛平，王金華，陳世江.東勝礦區某煤礦回采巷道支護方案的研究[J].現代礦業.2011（4）：45-46

[4] 胡海濤.煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護研究[J].內蒙古煤炭經濟.2013（02）：86-87