礦井深部開采礦壓與支護技術探討

　　[摘 要]伴隨社會進步及經濟發(fā)展，我國煤礦開采規(guī)模不斷擴大，煤礦開采深度不斷增加，深部開采煤礦已成為煤礦生產的必然過程。從現階段技術水平來看，煤礦生產與日后礦井建設治療、煤礦生產效率間存在著密切聯系。如何借鑒國內外先進技術理念提高煤礦深部開采效率，是相關企業(yè)在發(fā)展進程中所面臨的主要挑戰(zhàn)。本文以礦井深部開采為切入點分析影響礦井深部開采的風險因素，就提出具體的巷道支護與圍巖相互作用原理進行深入探究，旨在為相關技術人員積累更多的工作經驗。
　　[關鍵詞]礦井深部；開采礦壓；支護技術
　　中圖分類號：S633 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0039-01
　　自進入21世紀以來，在社會經濟穩(wěn)健發(fā)展的大背景下，我國礦井深部開采技術水平已取得一定進步及發(fā)展，社會對于礦井深部開采提出全新的要求及標準。為了順應時代發(fā)展潮流滿足日趨嚴格的礦井深部開采要求，礦井深部開采技術重心逐步向分析影響礦井深部開采風險因素及提出具體的巷道支護與圍巖相互作用原理轉變。同時，伴隨煤炭開采技術不斷進步，煤炭開采設備日趨豐富煤層開采深度日益增加，尤其是我國東部地區(qū)經濟發(fā)展速度較快能源消耗量大且缺口較大，促使礦井深入開發(fā)成為不可阻擋的發(fā)展趨勢[1]。從產煤國家差異性角度來看，其煤層賦存條件及技術設備間差異性較大且所面臨的深部開采問題也不盡相同。鑒于此，本文針對礦井深部開采礦壓與支護技術的研究具有重要意義。
　　1.礦井深部開采的概述
　　伴隨煤炭開采技術不斷進步，煤炭開采設備日趨豐富煤層開采深度日益增加，以我國東部地區(qū)為例經濟發(fā)展速度較快能源消耗量大且缺口較大，促使礦井深入開發(fā)成為不可阻擋的發(fā)展趨勢。從產煤國家差異性角度來看，其煤層賦存條件及技術設備間差異性較大且所面臨的深部開采問題也不盡相同[2]。國際對深井暫時缺乏詳細的界定標準，多數學者建議煤層深度研究必須與自身國家國情相結合，目前我國尚未明確界定深井且采深超過700米區(qū)域超過50處占總體8.35%、采深超過800米區(qū)域超過25處。在礦井開采深度不斷增加的大背景下，礦井中礦壓日趨強烈，客觀上加劇巷到維護工作量及工作難度。
　　同時，地下溫度不斷上升加劇勘測工作困難，一旦開采條件不斷惡化深受生產技術及經濟效應雙重影響促使礦井深部開采出現全新問題。從深部煤層開采角度來看，以礦山壓力為影響礦井深度開采效果的主要因素，深受高應力作用影響圍巖發(fā)生相對應移動且位移劇烈造成巷道出現嚴重變形破壞巷道完整性，尤其是進行開采底板巖石的過程中拱形金屬支架及結構封閉式支護巷到出現變形問題[3]。巷道開掘后短暫時間內出現喪失穩(wěn)定性問題客觀上加劇圍巖收縮變形問題及巷道維護工作量、工作難度，造成巷道維護工作所投入的成本不斷增長成為煤炭企業(yè)的經濟負擔。
　　由于巷道內圍巖變形速度較快且變形量較大，客觀上擴大巷到周邊變形范圍，換而言之對深井巷道來說巖石性質對其影響較為明顯。伴隨巷道不斷深入，巖性間差異逐漸于巷道圍巖變形處發(fā)生進行性展現。從巷道角度來看，其維護成本較高且伴隨掘進深度及掘進所取得的位置處于不斷變化的過程，巷道存在出現大量廢棄或大量閑置的可能性，但是巷道支架工作特殊性要求較為嚴格，對可縮量、工作阻力及初撐力均存在較為明確的要求[4]。此外，雖然面向通過大支架型號組織巷道圍巖變形實現難度較大，但是使用加大型號對巷道圍巖變形存在一定的輔助修復作用。
　　2.礦井巷道支護與圍巖間相互作用原理
　　一般說來，巷道支護難以立即開挖支護無法發(fā)揮其及時作用，普遍于直到周圍巖石發(fā)生一定變形后巷道支護方能發(fā)揮其有效作用，并且巷道支護與周圍巖石間相互作用為巷道支護支撐阻力提供強有力的支持，有效控制周圍巖石塑性區(qū)發(fā)展及圍巖變形以達到保持周圍巖石穩(wěn)定性的目標。同時，巷道支撐剛度越低、支撐效果越強、支撐荷載越小則支撐阻力越小、巷道巖石變形越大。從軟巖路面來看，受壁巖壓力相對較大的影響，巷道支護難以抵抗墻體壓力盡量允許適當變形或收縮以達到獲取較小支撐阻力的目標，進一步適應較大的圍巖變形保證圍巖的穩(wěn)定性。
　　同時，巷道支撐剛度不得過小或滯留時間過長直接影響其使用年限不利于后期維修，巷道支護最小阻力盡量控制最低或無松動破碎面積。目前研究成果中組合拱理論、組合梁理論及懸架理論是巷道螺栓支撐設計中最為經典的理論，被廣泛應用于各個領域得到越來越多技術人員的認可，尤其是懸架理論以巷道周圍破損的弱巖石錨固于深硬巖石上錨固理論為內在本質。有學者利用可能發(fā)生拱形的巷道懸架理論明確提出螺栓支撐計算方法，并且組合梁理論主要通過多層薄巖層夾在一體內形成具有較高承載力的厚巖梁理論。此外，提出螺栓支撐梁詳細設計方法及程序，錨固區(qū)外巖石及錨地區(qū)巖層綜合考慮提出優(yōu)化梁設計標準。
　　此外，復合拱理論是深井采礦技術發(fā)展進程中利用錨固及噴射等方法完成采礦過程的設計方法，其實質為通過形成周圍巖石壓縮控制2個楔形剪切滑塊保證后續(xù)流程。從圍巖狀態(tài)角度來看，圍巖是巷道礦壓控制的核心基礎要素，一旦圍巖被破壞則深井巷到變形量大小及支護難度大大增加。除受自身力學性質的影響，更多的是對受區(qū)應力場控制，尤其是圍巖作用力超過其原有承受力時存在破壞圍巖的可能性，而控制深井礦壓的重要因素為時時關注圍巖狀態(tài)及時予以加固處理。
　　3.結語
　　通過本文探究，認識到巷道圍巖變形規(guī)律及巷道支護理論是我國礦井深部開采的主要研究方向，客觀上要求廣大技術人員以巷道支護、圍巖穩(wěn)定條件及支護與圍巖間作用關系為切入點著重分析巷道支護與圍巖相互作用原理，為保證礦井巷工程經濟性及安全性奠定夯實基礎。同時，礦井巷道布局設置以避開應力集中區(qū)域為前提條件盡量選擇穩(wěn)定性較強的巖石部分，尤其是在深部開采過程中盡量設置巖巷，有學者經研究表明當開采深度處于800米至1000米時不得僅使用傳統(tǒng)支護方式完成巷道維護。
　　參考文獻
　　[1] 杜忠.某礦深部大斷面泵房硐室穩(wěn)定性控制技術[J].現代礦業(yè)，2017（11）：222-225.
　　[2] 靳偉民.耦合支護技術在高應力巷道圍巖控制中的應用[J].水力采煤與管道運輸，2017（03）：42-48.
　　[3] 齊中立，劉瀟.礦井深部開采礦壓與支護技術研究[J].中國戰(zhàn)略新興產業(yè)，2017（24）：66.
　　[4] 巷道礦壓與支護技術研究所[J].煤炭技術，2016（09）：2.

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