多重因素影响下煤矿大巷稳定性支护策略研究.pdf

当代化工研究 Modern Chemical Research68 技术应用与研究 2020 15 多重因 素影响下煤矿大巷稳定性支护策略研究 *姜慧 西山高级技工学校 山西030053 摘要煤矿大巷作为煤矿运输的关键环节，在保证煤矿产量、确保煤矿安全等方面扮演着非常重要的作用，但是从当前煤矿大巷稳定性 来看，所需的支护成本较高，受到的各种类型影响因素也相对较多，全面确保煤矿大巷稳定性对于保证煤矿正常运行非常关键.本文从当 前煤矿大巷稳定性常见问题分析入手，研究了影响煤矿大巷稳定性的相关因素，并针对性提出了提升煤矿大巷稳定性的相关措施. 关键词多重因素；影响；煤矿大巷；稳定性；支护 中图分类号TD353 文献标识码A Study on Stability Support Strategy of Main Roadway in Coal Mine under Multiple Factors Jia n g Hui Xish a n Sen io r Tec h n ic a l Sc h o o l , Sh a n xi, 030053 Abstract z As a key link of coal mine transportation, coal mine alleys play a very important role in ensuring coal mine output and coal mine safety. However, judging from the current stability of coal mine alleys, the required supporting cost is relatively high and there are relatively many kinds of influencing factors. It is very important to ensure the stability of coal mine alleys in an all-round way to ensure the normal operation of coal mine. Starting from the analysis of the common problems of the stability of the main coal mine alleys, this paper studies the relevant factors affecting the stability cf the main coal mine alleys, and puts forward relevant measures for improving the stability of the main coal mine alleys. Key words i multiple factors impacts coal mine alleys stability； ； support 引言 当前煤矿进入深部开采已经成为了必然趋势，随着煤矿 开采深度的不断增加，煤矿井下的各类大巷面临的支护难度 增加明显，提升大巷稳定性已经成为很多煤矿面临的棘手问 题，特别是很多煤矿井下地质环境较为复杂，对大巷稳定性 产生影响的因素也更多。因此，对多重因素影响下煤矿大巷 稳定性支护策略进行分析有着较为重要的意义。 1.当前煤矿大巷稳定性常见问题 ⑴巷道围岩自稳时间相对较短 在煤矿大巷开掘后，从巷道暴露到出现大面积的变形破 坏，间隔的时间非常短，部分情况下出现了在巷道没有得到 及时支护时，巷道断面就出现了急剧缩小。这表明，巷道在 掘进之后，整体的围岩结构受到了较大的破坏，特别是巷道 来压相对较快，给巷道的稳定性带来较大的威胁。 ⑵巷道围岩流变性非常显著 从大量的工程实践表明，煤矿大巷距离巷道表层的较大 的范围内甚至更深的位置均出现了明显的位移，表现出明显 的流变，同时不断向深部扩展。在巷道掘进后，围岩趋于稳 定的时间非常长，甚至超过了60d ,由于巷道表现出明显的 流变性，导致巷道需要进行多次返修。 ⑶ 巷道围岩赵体收敛速度非常快 图1某煤矿大巷底板出现大变形破坏 从大量巷道现场观察情况来看，顶板与底板的相对移 近量明显超过了两帮的相对移近量，特别是底板鼓起的问题 非常严重，整个巷道表现出全断面的收敛变形。多数情况下 煤矿大巷围岩变形规律为顶板和底板的相对移近量平均较 尢 两帮收敛量问题非常明显，顶板也容易出现明显的离层 问题，虽然很多大巷选择使用了U钢等强力支护，但是部分 钢架在支护过程中也出现了断裂实效。图1是某煤矿大巷出 现的底板变形破坏现场图。 2.影响煤矿大巷稳定性的相关因素 结合深部煤炭资源开采情况，影响煤矿大巷稳定的因素 主要有如下几个方面 1煤矿大巷所处地段地应较为复杂 深部煤矿大巷所处的应力环境相对于先前出现了较大的 变化，水平应力已经成为最大主应力，且巷道所处地段的侧 压系数相对较高。例如，某煤矿大巷出现了较为严重的变形 破坏问题，为了掌握该大巷出现大变形破坏的具体原因，在 巷道内设置了 3个测点对巷道所处地段的地应力进行量测。 得到的测试结果见表1所示。通过表1可知，一是水平应力为 最大主应力，最大值达到了33. 25MPa ,与深部开采实践相符 合，水平应力已经成为深部围岩的最大主应力。二是侧压系 数平均值达到了 1.34,侧压系数较高，巷道所处的地应力环 境较为复杂。三是垂直应力平均值达到24. 41MPa ,根据上覆 岩层容重与厚度计算的垂直应力基本相同。从地应力测试结 果来看，煤矿大巷属于较为典型的深部高应力巷道，在高应 力作用下，很多本身较为坚硬的岩石，也表现出软岩的特 性，也就是“工程软岩”,给巷道支护提供了更高的要求。 这类岩石在浅部开采条件下，整体的承载能力较高，但是在 深部开采中，由于复杂高应力的存在，表现出很多与传统的 软岩相符合的特征，给矿井生产的稳定性带来了较大的负面 影响。 当代化工研究 /TQ Modern Chemical Research U72020 15 技术应用与研究 表1原岩应力量测结果单位MPa 测点最大主应力垂直应力最小主应力侧压系数 132.1624.2118.451. 33 233.2524.851 421. 34 332.5624. 1819. 021. 35 平均值32.6624.411 631. 34 2 BH岩内部变形情况与围岩特性问题 虽然部分情况下，煤矿大巷整体的地质条件相对较好， 但是仍旧出现了较大范围的变形破坏，这类主要是由于整体 的应力场较为复杂所导致的。但是很多情况下，与围岩内部 的变形情况和围岩的特性有着直接的关系。例如，某煤矿大 巷出现了较大范围的变形破坏，为了掌握巷道出现变形破坏 的主要原因，选择使用X射线衍射仪对大巷围岩矿物成分进 行了研究，得到巷道围岩中包含有较多的云母、高岭石等膨 胀性软岩成分，这类矿物成分容易出现膨胀风化、泥化软化 的问题，给大巷稳定性带来的威胁较为明显。同时，对大 巷开展了窥视孔试验，试验结果表明，在两帮孔口到孔内 65c m-85c m的范围内，岩体较为完整。在65c m-145c m的范围 内岩体极为破碎，在100c m-300c m的范围内岩石较为破碎， 在300c m-420c m的范围内岩体有明显的裂隙，超过了 420c m 后，岩体整体较为完整。通过钻孔窥探，表明大巷松动圈的 范围在4m左右，这表明煤矿大巷出现了较大范围的变形破坏 问题，松动圈的范围非常大，给煤矿大巷稳定性控制带来的 负面影响明显。 ⑶巷道支护设计问题 由于深部大巷所处的地质条件、围岩条件等相对于浅部 巷道支护出现了较大的变化，需要采取针对性的设计措施， 传统的巷道支护在很多情况下已经不能满足深部巷道支护要 求，但是从深部巷道支护实践来看，在大巷开挖后，会产生 较为剧烈的应力重新分布，若不能提供出足够的径向支护强 度，巷道通常情况下会出现较大范围的变形破坏，特别是传 统模式下的锚网索支护所能够提供的支护强度非常有限，围 岩应力峰值位置较为深入，导致巷道围岩处于较为不利的二 次应力分布状态，再加上部分大巷围岩强度相对偏低，在高 应力作用下，极易达到围岩屈服极限，导致应力重新分布的 范围逐步向围岩深部拓展，裂隙进入到持续发育状态，围岩 松动圈的范围更大，锚固效果逐步下降甚至锚固失效。因 此，深部煤矿大巷支护设计不够科学是导致巷道出现大面积 变形破坏的主要原因之一。 3.提升煤矿大巷稳定性的相关措施 ⑴注董支护方式的耦合 随着煤矿大巷埋深的不断增加，在“三高一扰动”的 作用下，传统的浅部巷道支护方式己经明显不能满足深部大 巷支护需要，特别是强力支护方式己经表现出明显不适应 性。大量深部大巷支护实践表明，在深部大巷支护时，应当 注重“让抗适度、相互耦合”的支护方式，让抗适度主要是 指，在巷道围岩支护的过程中，不仅需要抵抗巷道的变形， 实现对巷道变形的有效限制，同时需要给巷道留有一定的变 形空间，巷道在“合理可控”的范围内变形，让积聚在巷 道内部的超高能力给予一定的释放，不仅有助于降低巷道支 护的难度，同时也有助于发挥巷道围岩支护的作用。同时， 在进行锚索、锚杆、注浆、喷浆、U钢等支护体的使用时， 应当形成各个支护体之间的耦合性，形成相互协调、相互支 持的支护状态，为深部巷道支护提供应有的支护能力，最大 限度的提升支护效能。例如，针对深部大巷变形情况，部 分煤矿设计了 “锚网索U型钢柔性层”组成的复合支护方 案，取得了较好的支护效果。 ⑵注重支护措施的落实 针对深部大巷设计的支护方案，为了提升方案实施效 果，在方案实施后，应当注重各项支护措施的有效落实，这 对于提升方案的支护效果非常有效。例如，在进行锚杆、锚 索的打设时，应当严格按照设计的要求，将锚杆、锚索应当 施加的预应力施加到位，打设的深度、锚固的长度等均应当 施工到位。在进行注浆施工时，严格按照设计的比例要求进 行注浆液的调配与注浆压力的施加等。 ⑶注重支护理念的更靳 随着深部开采实践的不断增加，各个煤矿企业、煤炭类 高校及科研院所等，在煤矿大巷支护等方面必然会提出更多 支护效果更好的支护方案，因此，在进行深部大巷支护时， 应当注重对支护理念进行及时有效的更新，从而更好提升煤 矿大巷的支护效果，降低支护成本。 ⑷注重辅助性支护构件的选择 辅助构件作为支护结构中重要的组成部分，对于提升支 护体的完整性，增强支护效果有着明显的作用。例如，对顶 板与两帮的锚杆均选择使用W钢带，并对顶板的锚索选择使 用槽钢进行连接，在巷道顶板与两帮形成组合梁整体结构， 降低锚索、锚杆出现破断的概率，形成围岩和支护体之间的 刚度耦合。同时，也可选择使用端部托盘。在锚索托盘内部 使用木托盘的基础上，外部加上使用铁托盘，形成复合托盘 结构，预留出一定的柔性变形空间，对于围岩变形能较好吸 收，防止围岩表面应力集中而给整个巷道壁带来破坏。第 三，网片结构在巷道支护中也可取得较好的辅助支护效果。 特别是在顶板、两帮出现较多“网兜”的情况，应当充分考 虑网片刚度相对较低有直接的关系，因此，将使用的棱形铁 丝优化改为高强度钢筋网，增强网片结构和锚杆、锚索之间 的组合能力，更好提升支护刚度。 4.结束语 综上分析，随着煤矿企业开采深度的不断延伸，“三高 一扰动”带来的影响更大，特别是深部围岩展现出的“工程 软岩”特性，给深部大巷稳定性带来的负面影响非常大，为 了更好确保深部开采的稳定性，煤炭企业应当充分认识到当 前煤矿大巷稳定性影响因素，充分结合煤矿实际情况，采取 针对性的措施，全面提升煤矿大巷稳定性，实现对各种负面 因素的有效预防与控制。 【参考文献】 [1] 李向利.永定庄煤业公司3-5 层5102运输巷掘进和支护 设计方案研究[J].山东煤炭科技,2020 03 3-5. 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