淺析深礦井開采礦壓特點及控制技術的研究

朱春閃 趙英明

摘 要：我國是世界上第一大產煤大國，煤炭儲量大部分都在千米以下，深礦井礦壓給煤礦安全開采增加技術難題。本文主要闡述了深礦井開采礦壓顯現基本特點，根據深礦井采掘時巷道礦壓顯現的運動規律，分析控制礦壓的基本理論，進而從巷道布置和支護形式上予以對礦壓控制，保證巷道使用效率，從而達到經濟安全開采的目的。

關鍵詞：深礦井；礦壓；巷道布置；支護形式

中圖分類號：TD324 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0160-02

我國是世界上第一大產煤國家，煤炭預測總儲量中73.2%埋藏在1000m以下，地質構造復雜，深礦井開采礦壓帶來的技術問題日益增多，對當前及今后的煤礦安全生產與建設的影響日益嚴重。及時解決深礦井開采礦壓所涉及的技術性問題，從長遠看，它對安全、經濟、合理的開發深部煤炭資源具有重要戰略的意義。

近年來，煤礦開采規模和機械化水平的不斷提高，加速了煤礦開采向深部發展，深井開采礦壓控制技術也成為了各采煤國家面臨的嚴重課題。由于不同的產煤國家煤層賦存狀況千差萬別，以及深部開采出現的問題程度不一樣。因此國際上也無統一深礦井的劃分標準，我國對礦井開采深度的分類如下表1所示。

1 要想解決深井開采礦壓問題，必須掌握深井礦壓顯現規律

1.1 深礦井開采礦壓顯現的基本特點

（1）地壓增大，巖石破壞過程強化，巷道圍巖變形加劇，沖擊地壓強度增大和頻度增加。

（2）圍巖在高應力的作用下，移動更加劇烈，巷道產生變形和破壞更加嚴重，變形速度快、變形量大，巷道周邊變形范圍擴大。

1.2 深礦井巷道礦壓顯現特點

（1）巷道掘進初期變形速度快；

（2）變形趨于穩定的時間長和長期蠕變；

（3）巷道底鼓量大；

（4）沖擊地壓發生的頻率和強度增大。

1.3 巷道隨著開采深度的增加變形一般規律

（1）研究表明，隨著開采深度的增加，巷道變形量呈近視線性關系增大，從600m開始，開采深度每增加100m，巷道頂底板移近量平均增加10%～11%，如下圖1所示。

（2）開采深度每增加100m的巷道變形量與巖體強度有關。如下圖2所示。

1.4 深井巷道變形速度規律

如圖3所示。

觀測巷道為趙各莊礦13水平東翼階段運輸巷，埋深1159m，圍巖為煤至半煤巖，錨噴網支護。

（1）巷道圍巖破裂區的形成經歷了一個時間過程（此時間過程的長短與圍巖破裂范圍即破裂區厚度有關）；

（2）深井巷道圍巖破裂的發展速度在巷道剛開掘時較快，以后逐漸衰減，直至破裂區完全形成。

2 礦壓控制的基本原理

抵抗礦壓：

（1）主動抗壓。是根據錨桿或錨索的支護原理，使巷道開挖后的圍巖通過懸吊、組合、楔固、擠壓加固的作用；注漿適用于結構裂隙多的松散巖體，深入巖體內部，提高巖體的整體性，發揮巖體主動支撐能力，達到抗壓作用。

（2）被動抗壓。采用提高支架的支撐能力或支護密度，從而去抑制或減少圍巖移動。

1）忍讓抗壓。在采用適當的支護措施和支架本身不遭受嚴重損壞的前提下，允許圍巖有一定的變形，釋放掉圍巖一部分壓力。

2）躲避礦壓。將巷道布置在圍巖應力重新分布的巖體內或卸載狀態的低應力區，從時間和空間上躲開高壓力的作用。

3）轉移礦壓。用人為的方法使巷道圍巖受到松動，形成卸載槽孔或其它形式的卸載空間，迫使載荷轉移到較遠的地點，達到減壓的目的。

3 根據礦壓控制原理，采取切實可行控制技術措施。

3.1 優化巷道布置

采準巷道的布置應避開煤柱集中應力、構造集中應力、采動應力的影響，選擇在巖性較為穩定的巖石中。深部采區主要準備巷道應以巖巷為主或至少布置一條巖巷。隨著開采深度的不斷增加，回采工作面推進后煤體塑性區增加，致使區段煤柱留設寬度隨之增加，為保證采區回采率，減少巷道維護，工作面回風（運輸）平巷宜采用無煤柱護巷形式。回采巷道布置的方位應使工作面離開斷層推進，使采區一翼內工作面同向推進。避免巷道相向掘進和巷道近距離平行布置，減少相交巷道（或避開銳角），從而減小應力集中，減少沖擊地壓的危險性。

3.2 改革巷道的支護形式

對國內外大量深井開采礦井的研究表明，布置在中硬以下巖層的巷道變形破壞嚴重（特別受采動影響后），當采深在800-1000m以上時，在中硬及中硬以上巖層內布置的巷道，若采用傳統的支護方式，巷道維護仍然很困難。巷道支護必須滿足既能加固圍巖又能提供較大的支護力、具有較大的可朔縮性和一定的初撐力等要求，根據圍巖狀況和巷道條件，采用不同的支護形式。針對深井巷道礦壓顯現特點及支護工作經驗的總結，經分析支護上采取的控制措施有以下幾方面。

（1）在開拓巷道中，穩定或較穩定的圍巖中，以錨網噴結構支護效果很好，在不穩定和極不穩定的圍巖中，宜采用錨網噴加支架的聯合支護，起到很好的抗壓作用。

（2）在采準巷道中發展多種形式的U型鋼可縮性金屬支架，是解決圍巖高應力、大變形的有效支護形式。提高支架架設質量，嚴禁空幫空頂，提高支架受力狀況。根據巷道圍巖的實際情況也可采用U型鋼可縮性金屬支架加噴漿的聯合支護，達到抗壓的目的。

（3）深礦井回采巷道頂板受礦壓影響多數較為破碎，宜采用錨網加可縮性金屬支架（U型鋼）或錨帶（梁）網適當加錨索的聯合支護；單一的U型鋼金屬支架支護應加大支護密度，提高支架強度，合理選擇支護參數，加強質量管理。

（4）回采工作面開切眼礦壓控制，應采用錨帶網加支架（工字鋼梯形棚或矩形棚加單體支柱）聯合支護，一次成巷，避免分次支護，刷大斷面時造成冒頂事故。復合頂板時錨網帶要緊跟掘進工作面，避免復合頂板離層，保證作業者安全。

（5）底鼓巷道的控制，宜采用馬蹄形、圓形、方（長）型可縮性金屬支架的支護形式，根據具體情況選用哪一種支護，可有效控制底板壓力造成的底鼓。

深礦井開采地質條件更加復雜，災害更是俱全，本文只是根據自己在煤礦多年工作的實踐經驗和在書本上所學，對深礦井開采礦壓造成的影響以及在不同巷道條件下采取如何控制礦壓的措施作以分析和總結，希望能在今后的礦井安全開采中能夠起到一定的積極作用。