對深礦井開采的礦壓控制問題探索

馮典章

(遼寧東煤基本建設有限責任公司,遼寧遼陽 110122)

對深礦井開采的礦壓控制問題探索

馮典章

(遼寧東煤基本建設有限責任公司,遼寧遼陽 110122)

對于那些埋藏在距離地表較遠的煤炭,需采取深礦井開采的方式對其進行開采。然而,由于深礦井開采需要承受較大的地壓,使巷道從掘進到報廢會出現(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,應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的布置、支護和維護,從而使深礦井開采工作順利進行。

深礦井 開采 礦壓 控制

在進行深礦井開采時，由于需要承受較大的地壓，所以會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，就需要對其進行反復的維修，確保采礦的順利進行，這樣便會造成高額的維護費，若是維修得太過頻繁甚至會高出掘進費。這種情況在深礦井開采也很常見，若是巷道的維修費遠遠大于掘進費，對開采工程的經(jīng)濟效益的提高非常的不利。因此，在開采工程進行前，一定要熟知深礦井地壓規(guī)律，這樣才能使巷道得到科學的布置、支護和維護，從而使深礦井開采工作順利進行。

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。巷道圍巖的巖性會對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，巖性則會慢慢產(chǎn)生變化，然而，較大的巖性差異會使巷道圍巖產(chǎn)生較大的變形。比如，對于有些巷道(如軟巖巷道、煤層巷道等)來說，不管是巷道掘進還是巷道的維護都非常的困難，有的甚至在掘進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)巷道圍巖還會產(chǎn)生更多的變化，流變速率不斷增加。

(2)采煤工作面的進一步開采，使巷道圍巖變形進一步加劇。若是開采的影響范圍越大，那么產(chǎn)生的影響也就越大。對于深度開采來說，通常會增設許多的巷道保護煤柱，以實現(xiàn)對巷道的保護。然而，其中許多的保護煤柱不但沒有起到對巷道維護作用，還會產(chǎn)生一些負面的影響。要想將巷道建設好，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)實的。

(3)巷道維護易受巷道布置、開采順序以及開采邊界條件的影響。開采深度對巷道影響實質上就是應力對巷道圍巖的影響，隨著開采深度的增加，原巖應力不斷地增大，而且相比于原巖應力，巷道圍巖實際承受的應力還要大上許多。在深度開采的過程中，由于會出現(xiàn)來自各個方向的支承壓力，比如前支承壓力、側支承壓力等。這些支承壓力會給設置在本煤層中的采巷道產(chǎn)生較大的影響。通過衰減和擴展的規(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不同程度地受到前支承壓力和側支承壓力的影響。一般來講，側支承壓力會對巷道圍巖產(chǎn)生長時的影響，相比之下，前支承壓力給巷道圍巖帶來的則是短時的影響。影響巷道圍巖的變形破壞除程度的主要因素是圍巖的應力和圍巖的強度。較高的圍巖強度可以有效地防止巷道圍巖的破壞。

2 對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，具體實施中應掌握好以下三個要求：其一，在開拓巷道以前，應對巖石力學性能進行考察，當性能達到要求以后再進行建設。力學性能好的巖石應具備巖石強度大、破壞小、弱面少等特點；其二，為了確保巷道的暢通，應將其建筑在受采動影響小的位置。這些位置主要是位于采空區(qū)下方，應盡量在采空區(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，但是卻適用于維護困難且維修費用較大的深部巷道。(2)減小工作面推進躍度。(3)采用前進式開采。

2.2 巷道支護控制

對于深度開采來說，巷道支護結構的建筑非常關鍵，應滿足以下技術要求：其一，支護必須足夠的強大，才能抵抗高地壓；其二，必須具備較好的可縮性能，才能適應圍巖的較大的變形；其三，應具備良好的封閉性能，才能有效避免底鼓。就以上三點要求來看，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，巷道支護結構往往會選擇多種支架共用的復合型結構。通過了解我國的煤礦挖掘，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合支護結構則應用較廣。

2.3 巷道維護控制

2.3.1 卸壓法

卸壓法主要包括超前導硐、鉆孔卸壓、爆破卸壓以及寬巷卸壓四個方面，下面將這四種方法進行簡單的介紹：(1)超前導硐。具體操作是先在大斷面巷道中鑿開一個小斷面導硐，然后再將導硐向設計斷面進行擴大。這種方法是利用導硐釋放圍巖壓力，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，而且也幾乎不需要花費什么費用。(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、費用較高以及耗工耗時等缺點，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圍巖，從而實現(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工作面不遠的后方，由底板向下打一組鉆孔，然后向其中裝入炸藥進行爆破，以實現(xiàn)底板的卸壓。因爆破而形成的松動區(qū)可以有效地吸收和減緩了外力對底板產(chǎn)生的作用，使巷道底鼓量得到相應的減小。這種泄壓技術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，相應的爆破參數(shù)也不一樣，因此，必須在采用礦井時逐個進行試驗論證。這種泄壓方式具有操作簡便、費用較低的優(yōu)勢，只要爆破參數(shù)選擇合理，一般都會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，也會使支架受力得到增加。對于底鼓和兩幫移近量大的巷道來說，采用這種方式會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，常常會采用一些圍巖加固方法，包括械加固和化學加固兩種。對于機械加固法來說，錨桿是最為常用的。所謂的化學加固，實質上就是在圍巖裂隙內注入一些化學材料，當它們凝固以后，便能和圍巖黏結在一起，從而實現(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，是使用較多的化學加固材料。

3 案例分析---某深礦井開拓和準備巷道礦壓顯現(xiàn)與控制

具體的深井開拓中對礦壓的控制，以下面的具體實例給予分析。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，當進入深部開采以后，布置在砂巖中的采礦巷道應與首采煤層保持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，還需進一步加大垂直距離。當垂直距離增大到一定值以后，就應著重考慮巖性。當對煤層群進行開采時，則應建立應用集中大巷。考慮到準備巷道服務的時間不長，因此，可稍微放寬巷道與煤層間的垂直距離和對巖性要求。對于那些承受壓力較大的巷道，應采取崛前預采、泄壓等方式，減少壓力對巷道的破壞。此外，也可采取錨噴類的支護方式，使圍巖本身的力學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，錨索的支護效果較好，這是由于它能在較大范圍的使圍巖的力學性能得到改善。這種支護方式可以用于那些跨度大、難維護的重點部位。若是采用錨網(wǎng)支護的話，那么便會具有較強的抗動壓特性，這種支護在深部巷道成巷時應用較廣。此外，在實際的防護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中起到顯著的作用。

4 結語

在深度采礦的過程中，必須注重巷道礦壓的特點，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，而沖擊強度也會顯著增大。這種因深度開采而導致的沖擊地壓的問題，更為突出的表現(xiàn)在巖體強度較大的礦山。此外，在深度開采的過程中，應避免相向的掘進煤礦深井巷道，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力，以便使沖擊地壓得到有效的控制，使危險性得到降低。

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