馮典章

(遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司,遼寧遼陽 110122)

對(duì)深礦井開采的礦壓控制問題探索

馮典章

(遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司,遼寧遼陽 110122)

對(duì)于那些埋藏在距離地表較遠(yuǎn)的煤炭,需采取深礦井開采的方式對(duì)其進(jìn)行開采。然而,由于深礦井開采需要承受較大的地壓,使巷道從掘進(jìn)到報(bào)廢會(huì)出現(xiàn)較大的變形和破壞,因此,要想順利的完成深礦井開采任務(wù),應(yīng)深入了解深礦井地壓規(guī)律。只有這樣才能使巷道得到科學(xué)的布置、支護(hù)和維護(hù),從而使深礦井開采工作順利進(jìn)行。

深礦井 開采 礦壓 控制

在進(jìn)行深礦井開采時(shí)，由于需要承受較大的地壓，所以會(huì)使巷道在使用過程中受到變形與破壞。一旦巷道受到破壞以后，就需要對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的維修，確保采礦的順利進(jìn)行，這樣便會(huì)造成高額的維護(hù)費(fèi)，若是維修得太過頻繁甚至?xí)叱鼍蜻M(jìn)費(fèi)。這種情況在深礦井開采也很常見，若是巷道的維修費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于掘進(jìn)費(fèi)，對(duì)開采工程的經(jīng)濟(jì)效益的提高非常的不利。因此，在開采工程進(jìn)行前，一定要熟知深礦井地壓規(guī)律，這樣才能使巷道得到科學(xué)的布置、支護(hù)和維護(hù)，從而使深礦井開采工作順利進(jìn)行。

1 深礦井開采的礦壓特征

(1)巷道周邊圍巖變形速度快、變形范圍大以及變形量大。巷道圍巖的巖性會(huì)對(duì)巷道周邊圍巖的形變產(chǎn)生極大的影響。一般來講，隨著開采的深度的增加，巖性則會(huì)慢慢產(chǎn)生變化，然而，較大的巖性差異會(huì)使巷道圍巖產(chǎn)生較大的變形。比如，對(duì)于有些巷道(如軟巖巷道、煤層巷道等)來說，不管是巷道掘進(jìn)還是巷道的維護(hù)都非常的困難，有的甚至在掘進(jìn)后就變成了廢棄的巷道。隨著礦井線深部的不斷延續(xù)，煤柱下方的多數(shù)巷道圍巖還會(huì)產(chǎn)生更多的變化，流變速率不斷增加。

(2)采煤工作面的進(jìn)一步開采，使巷道圍巖變形進(jìn)一步加劇。若是開采的影響范圍越大，那么產(chǎn)生的影響也就越大。對(duì)于深度開采來說，通常會(huì)增設(shè)許多的巷道保護(hù)煤柱，以實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的保護(hù)。然而，其中許多的保護(hù)煤柱不但沒有起到對(duì)巷道維護(hù)作用，還會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面的影響。要想將巷道建設(shè)好，就必須充分考慮到支架的初撐力、工作阻力等因素，才能滿足巷道對(duì)支架的工作特性的高要求，要完全利用支架來防止巷道圍巖變形是不現(xiàn)實(shí)的。

(3)巷道維護(hù)易受巷道布置、開采順序以及開采邊界條件的影響。開采深度對(duì)巷道影響實(shí)質(zhì)上就是應(yīng)力對(duì)巷道圍巖的影響，隨著開采深度的增加，原巖應(yīng)力不斷地增大，而且相比于原巖應(yīng)力，巷道圍巖實(shí)際承受的應(yīng)力還要大上許多。在深度開采的過程中，由于會(huì)出現(xiàn)來自各個(gè)方向的支承壓力，比如前支承壓力、側(cè)支承壓力等。這些支承壓力會(huì)給設(shè)置在本煤層中的采巷道產(chǎn)生較大的影響。通過衰減和擴(kuò)展的規(guī)律，我們可以了解到在煤層底板巖層中，各種支承壓力會(huì)在其中傳播，而且隨著開采邊界的逐漸形成，布置在煤層底板巖層中的許多的巷道還會(huì)不同程度地受到前支承壓力和側(cè)支承壓力的影響。一般來講，側(cè)支承壓力會(huì)對(duì)巷道圍巖產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)的影響，相比之下，前支承壓力給巷道圍巖帶來的則是短時(shí)的影響。影響巷道圍巖的變形破壞除程度的主要因素是圍巖的應(yīng)力和圍巖的強(qiáng)度。較高的圍巖強(qiáng)度可以有效地防止巷道圍巖的破壞。

2 對(duì)礦壓控制的一般措施

2.1 巷道布置控制

在深度采礦中，必須抓好巷道布置，具體實(shí)施中應(yīng)掌握好以下三個(gè)要求：其一，在開拓巷道以前，應(yīng)對(duì)巖石力學(xué)性能進(jìn)行考察，當(dāng)性能達(dá)到要求以后再進(jìn)行建設(shè)。力學(xué)性能好的巖石應(yīng)具備巖石強(qiáng)度大、破壞小、弱面少等特點(diǎn)；其二，為了確保巷道的暢通，應(yīng)將其建筑在受采動(dòng)影響小的位置。這些位置主要是位于采空區(qū)下方，應(yīng)盡量在采空區(qū)冒落矸石中成巷，有意增大大巷或上山與煤層底板間的垂直距離；其三，縮短巷道服務(wù)年限。主要的措施包括：(1)采用區(qū)段集中平巷，而分煤層或是分層平巷則選用超前平巷。這種方法一般較少地使用于淺部開采中，但是卻適用于維護(hù)困難且維修費(fèi)用較大的深部巷道。(2)減小工作面推進(jìn)躍度。(3)采用前進(jìn)式開采。

2.2 巷道支護(hù)控制

對(duì)于深度開采來說，巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑非常關(guān)鍵，應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：其一，支護(hù)必須足夠的強(qiáng)大，才能抵抗高地壓；其二，必須具備較好的可縮性能，才能適應(yīng)圍巖的較大的變形；其三，應(yīng)具備良好的封閉性能，才能有效避免底鼓。就以上三點(diǎn)要求來看，一般單一品種的支架很難全都滿足，因此，在高地壓區(qū)或軟巖巷道，巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)往往會(huì)選擇多種支架共用的復(fù)合型結(jié)構(gòu)。通過了解我國(guó)的煤礦挖掘，不難發(fā)現(xiàn)圓形斷面的巷道使用較少，這是由于這種巷道斷面不具備較高的利用率，而以錨桿或拱形可縮支架為主體的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)則應(yīng)用較廣。

2.3 巷道維護(hù)控制

2.3.1 卸壓法

卸壓法主要包括超前導(dǎo)硐、鉆孔卸壓、爆破卸壓以及寬巷卸壓四個(gè)方面，下面將這四種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：(1)超前導(dǎo)硐。具體操作是先在大斷面巷道中鑿開一個(gè)小斷面導(dǎo)硐，然后再將導(dǎo)硐向設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行擴(kuò)大。這種方法是利用導(dǎo)硐釋放圍巖壓力，而使成巷后支架的受力得到有效地減少的。這種方法的泄壓效果較好，有益于后期的巷道維護(hù)，而且也幾乎不需要花費(fèi)什么費(fèi)用。(2)鉆孔卸壓。具體操作是在圍巖中打鉆孔，利用鉆孔變形的方式實(shí)現(xiàn)卸壓。這種方法不但能夠有效地減小巷道底鼓、兩幫移近量，而且也非常有利于擊地壓的減少。但是，這種方式存在工作量較大、費(fèi)用較高以及耗工耗時(shí)等缺點(diǎn)，制約了這種泄壓方式的發(fā)展。(3)爆破卸壓。其原理是利用爆破松動(dòng)圍巖，從而實(shí)現(xiàn)卸壓。這種泄壓方式在常用間的是底板卸壓，具體操作是距離巷道掘進(jìn)工作面不遠(yuǎn)的后方，由底板向下打一組鉆孔，然后向其中裝入炸藥進(jìn)行爆破，以實(shí)現(xiàn)底板的卸壓。因爆破而形成的松動(dòng)區(qū)可以有效地吸收和減緩了外力對(duì)底板產(chǎn)生的作用，使巷道底鼓量得到相應(yīng)的減小。這種泄壓技術(shù)的重中之重在于爆破參數(shù)的確定，爆破參數(shù)主要包括鉆孔深度、鉆孔直徑、裝藥量、鉆孔的方向以及鉆孔間距等。圍巖條件不同，相應(yīng)的爆破參數(shù)也不一樣，因此，必須在采用礦井時(shí)逐個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)論證。這種泄壓方式具有操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用較低的優(yōu)勢(shì)，只要爆破參數(shù)選擇合理，一般都會(huì)收到良好的卸壓效果。另一種爆破卸壓的形式是在工作面向前方進(jìn)行鉆孔，不同于底板卸壓，這種方式屬于超前卸壓。(4)寬巷卸壓。具體操作就是使掘進(jìn)的巷道寬度較使用寬度大一些，這樣多出的寬度可自由變形，而且巷道寬度增大，也會(huì)使支架受力得到增加。對(duì)于底鼓和兩幫移近量大的巷道來說，采用這種方式會(huì)獲得較好的卸壓效果。

2.3.2 圍巖加固法

為了提高圍巖的自支撐能力，常常會(huì)采用一些圍巖加固方法，包括械加固和化學(xué)加固兩種。對(duì)于機(jī)械加固法來說，錨桿是最為常用的。所謂的化學(xué)加固，實(shí)質(zhì)上就是在圍巖裂隙內(nèi)注入一些化學(xué)材料，當(dāng)它們凝固以后，便能和圍巖黏結(jié)在一起，從而實(shí)現(xiàn)加固目的，常用在圍巖裂隙發(fā)育的巷道之中。常用的加固材料主要包括水泥漿、聚氨酯以及合成樹脂等。這三種材料中，水泥漿成本較低，但是加固效果卻不理想；聚氨酯的加固效果最好，但是成本卻較高；合成樹脂的成本與加固效果皆在水泥漿和聚氨酯之間，是使用較多的化學(xué)加固材料。

3 案例分析---某深礦井開拓和準(zhǔn)備巷道礦壓顯現(xiàn)與控制

具體的深井開拓中對(duì)礦壓的控制，以下面的具體實(shí)例給予分析。由于受到礦壓的影響，用于深度采礦的巷道必須布置于高強(qiáng)度、大厚度的整體性的巖層之中，而且還需與首采煤層保持一定的垂直距離。一般來講，當(dāng)進(jìn)入深部開采以后，布置在砂巖中的采礦巷道應(yīng)與首采煤層保持35至40米的垂直距離，可能由于開采深度的加大或是巖性的改變等原因，還需進(jìn)一步加大垂直距離。當(dāng)垂直距離增大到一定值以后，就應(yīng)著重考慮巖性。當(dāng)對(duì)煤層群進(jìn)行開采時(shí)，則應(yīng)建立應(yīng)用集中大巷?？紤]到準(zhǔn)備巷道服務(wù)的時(shí)間不長(zhǎng)，因此，可稍微放寬巷道與煤層間的垂直距離和對(duì)巖性要求。對(duì)于那些承受壓力較大的巷道，應(yīng)采取崛前預(yù)采、泄壓等方式，減少壓力對(duì)巷道的破壞。此外，也可采取錨噴類的支護(hù)方式，使圍巖本身的力學(xué)性能得到一定的改善，給圍巖周圍帶去一定的初錨力。一般來講，錨索的支護(hù)效果較好，這是由于它能在較大范圍的使圍巖的力學(xué)性能得到改善。這種支護(hù)方式可以用于那些跨度大、難維護(hù)的重點(diǎn)部位。若是采用錨網(wǎng)支護(hù)的話，那么便會(huì)具有較強(qiáng)的抗動(dòng)壓特性，這種支護(hù)在深部巷道成巷時(shí)應(yīng)用較廣。此外，在實(shí)際的防護(hù)工作中可以充分地利用U型鋼支架，其具有較大的可縮量，因此能在深井巷道的支護(hù)中起到顯著的作用。

4 結(jié)語

在深度采礦的過程中，必須注重巷道礦壓的特點(diǎn)，其中最為顯著的便是從其開始挖掘起，巷道就產(chǎn)生較大的收斂形變。這一特點(diǎn)主要取決于煤礦深井巷道圍巖的受損狀態(tài)。隨著開發(fā)深度的增加，使沖擊地壓的頻率逐漸增加，而沖擊強(qiáng)度也會(huì)顯著增大。這種因深度開采而導(dǎo)致的沖擊地壓的問題，更為突出的表現(xiàn)在巖體強(qiáng)度較大的礦山。此外，在深度開采的過程中，應(yīng)避免相向的掘進(jìn)煤礦深井巷道，還需避免出現(xiàn)較多相交的煤礦巷道，這樣能夠使巷道受到較小的應(yīng)力，以便使沖擊地壓得到有效的控制，使危險(xiǎn)性得到降低。

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