談煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護

1、談煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護（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(huán)節(jié)具有十分重要的作用，因此國家和 煤礦企業(yè)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、

2、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

3、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J | A 零。第三，在采動支承壓力的高應力區(qū)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(yōu)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

4、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(wěn)定才能開展后續(xù)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€(wěn)定 并且持續(xù)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

5、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(fā)展過程支護設計第一，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： 工作面推進之前原有巷道壓力導致的發(fā)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(tài)時，采場推進與支撐壓力將會持續(xù)增加， 承壓壓力快速降低。形成階段，也

6、就是工作面進入斷裂破壞 的嚴策內發(fā)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(fā)展變化；第三，巖梁 裂斷運動的發(fā)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(fā)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(tài)規(guī)律進行全面分析，其優(yōu)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

7、的發(fā) 展過程。這一環(huán)節(jié)的主要內容是對處于采動支承作用范?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(tài)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(guī)律掌握后，對巖層的破壞運動發(fā)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

8、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(120 X 120 X 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(120X 120X 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

9、根據圍巖分類結果，頂板大青灰?guī)r屬于I口類圍巖?？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(yōu)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(yōu) 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(yōu)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

10、對變形和離層，保護圍巖的穩(wěn)定性； 錨桿支護系統剛度加大，能有效地限制 ?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(fā)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(guī)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(fā)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(wěn)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(wěn)定性。但是，在孔徑

11、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，

12、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(huán)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

13、地質構造比較發(fā)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(guī)范，I類圍巖， 而且頂板是灰?guī)r，所以不用支護；H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 0.71.0m6 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(guī)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(wěn)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(fā)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