关于煤矿深部开采的围岩控制研究.pdf

2 0 1 1 年 第5 期 东 瞧蔗 舛枝 1 5 3 关于煤 矿深部开 采的 围岩控制研 究 范胜 玉 黑龙 江龙煤股份 有限公 司鹤 岗分公司富力煤矿 ， 黑龙江 鹤 岗1 5 4 1 0 3 摘要随着煤矿开采深度的增加， 开采环境发生着不利的变化， 给煤矿的安全生产来了极大的隐患。同时随开采深度增加， 岩层压力显著增 大、 巷道位移量增大、 支架损坏严重、 巷道返修量剧增， 巷道维护变得异常频繁与困难。该文从深部围岩的岩性变化论述入手， 阐述了如何对深 部 围岩进行有效控制 ， 以保障深部开采的有序进行。 关键词 深部开 采 围岩控制 深孔 卸压爆破 中图分类号 T D 3 2 5 ． 4 文献标识码A Ab s t r a c t Wi t h t h e i n c rea s e o f t he d e p t h o f c o a l mi n i n g，mi n in g e n v i r o n me n t ，a d v e r s e c h a n g e s i n p l a e e ，t o c o al mi n e s a f e t y p r o d u c t i o n t o a g r e a t r i s k ． At t h e s a me t i me wi t h t h e i n c r e a s e o f mi n i n g d e p t h，r o c k p r e s s u r e i n c r e a s e d s i g n ific a n t ly，r o a d wa y d i s p l a c e me n t i n c rea s e s ，t h e s t e n t Wa S b a d l y d a ma g e d a n d d r a ma t i c i n c r e a s e i n t h e am o u n t o f r o a d wa y rep a i r ，t u n n e l rep a r e q u an t i t y t o s o a r r o a d wa y main t e n a n c e a r e a b n o r ma l f req u e n t a n d d if fi c u l t i e s ．T h i s pa - p e r d i s c u s s e s t h e d e e p s u r r o u n d i n g r o c k o f l i t h o l o g i c a l c h ang e s a n d e x p o u n d s h o w t o d e e p s u r r o u n d i n g r o c k u n d e r e ffe c t i v e c o n t r o l ，i n o r de r t o e n s u re t h e d eep mi n i n g o ft h e o r de r l y ． Ke y wo r d s D e e p mi n i n g Ro c k C o n t r o l Ho l e r e l i e v i n gs h o t c o n t r o l 近年来 ， 全球性能源问题已得到了人们普遍的关 注， 煤炭作为我国能源战略的重要组成部分， 在我国的 能源结构中占据着重要地位。并且随着我国经济持续 高速稳定发展 ， 能源需求旺盛， 煤炭产量大幅增加。随 着一些国有煤矿开采年限的增加， 浅部煤层已基本被 开采完毕， 煤矿要生存、 发展只有进行深部开采。 1 深部开采巷道围岩性质的变化 1 ． 1 岩石硬 度 变大 深部岩层在上部岩石的长期 自重压力下， 岩石性 质发生了变化。主要表现在岩石密度增加、 容重加大， 岩石硬度也增加 。 1 ． 2 岩体 强度变 小 巷道掘出后 ， 岩体强度变小， 出现岩石软化 的现 象， 围岩比较破碎。深部岩石在长期的高压力、 高温条 件下， 岩石处在峰值前的状态中 屈服强度和极限强度 之间 ， 岩石出现大量的微小裂隙 塑性阶段 。由于 开采活动的影响， 引起巷道围岩在一定范围内卸压， 使 岩石由三向受力状态转变为两向受力状态， 出现一个 方向的压力释放。岩石在峰值前卸压产生更多的裂 隙， 造成岩体比较破碎 ， 强度降低 ， 由硬岩转变为软岩。 1 ． 3 巷道松动范围大 顶底板和两帮移近量大 由于深部开采围岩存在软化现象 ， 岩层比较破碎， 破碎松动范围大 ， 持续时间快、 长。围岩存在大量的节 理裂隙， 降低了围岩的整体性和强度， 使围岩处在峰值 后的范围内， 加剧了围岩裂隙的发育程度， 形成破碎区 并向纵深发展 ， 因此巷道围岩松动范围大， 顶底板和两 收稿日 期 2 0 1 1 0 1 2 4 作者简介 范胜玉 1 9 6 4 一 ， 男， 汉族 ， 原籍安徽省利辛县， 1 9 8 8 年 毕业于黑龙江鹤岗矿务局工学院采矿专业， 中级职称， 主要从事采掘 技术管理工作 ， 现担任龙煤鹤岗分公司富力煤矿二采区技术区长。 帮移近量大。 2 深部 开 采巷道 的变形 由于深部开采后围岩性质的改变， 使其到达深部 后大部分成为“ 工程软岩” ， 表现出强烈的扩容性和应 变软化特征， 巷道岩体强度降低， 巷道与支护体破坏严 重 ， 特别是不良岩层巷道掘进与支护困难， 不仅使巷道 维护费用大大增加， 而且造成矿井生产系统不畅， 运输 能力不足， 风、 水、 电系统脆弱等一系列问题。 1 巷道变形速度快、 变形量大， 底鼓严重。深部 高应力环境下 ， 岩体储备了较高的能量， 由于巷道开挖 后的卸荷作用 ， 使岩体中积聚的能量在较短的时间释 放出来。深部围岩最大与最小主应力差有增大趋势， 致使剪应力增大， 加速围岩破坏， 工程表现为巷道掘进 过程中冒顶片帮几率和规模增大 ， 巷道支护后支架变 形迅速 ， 底鼓成为巷道失稳破坏的主要形式 ， 深部回采 巷道， 前掘后修已成为巷道施工的基本工序。 2 岩性对巷道稳定性的影响更加显著 ， 浅部岩 性变化对巷道变形影响较小， 一般情况下 ， 决定巷道位 置时， 岩性不是主导因素， 同一巷道 ， 不同岩性常采用 相同支护方式和参数即能保持巷道长期稳定； 到深部 后 ， 不同岩性围岩变形差异大大增加， 岩性成为巷道位 置选择的主导因素， 同一巷道不同岩性的非等强支护 方法成为巷道维护的主要手段。 3 掘进后巷道持续变形 ， 流变成为深部巷道变 形的主要特征。浅部巷道掘进影响期一般为 35 d ， 之后能基本稳定下来； 深部巷道掘进后 ， 巷道一直难以 稳定 ， 当支护不合理时， 其变形可直至巷道完全闭合， 特别是当受动压影响时， 其敏感程度更高， 影响范围更 大， 煤柱稳定宽度增大， 留煤柱护巷在技术和经济上更 加不合理。 下转第 1 5 5页 2 0 1 1 年 第5 期 童 差 科技 1 5 5 拆除 L一 3 、L一 4， 整个天轮台拆除工作结束。 2 ． 3 三层 台的拆 除 三层台共 8根杆件， G一1 、 G一 2各 2 根 ； G一 7有4 根、 G一8有 8根 ， 总重 1 3 5 4 ． 8 k g ， 其 中最重 的杆件 5 0 4 0 k N 。一共需要 9次可以吊下来 ， 关键工作是 G一 1 、 G一 2与下部联接螺栓只能留 2条， G一7和 G一 8为 一 个杆件为八字形与下部联接螺栓处 2条， 联接螺栓 太多拆除影响施工进度 ， 要提前割去同时又要保证人 员站到杆件上方杆件不能倾倒或扭动， 每处杆件剩余 的螺栓非常严格。 2 ． 4二 层 台的拆 除 二层台的杆件包括 G一 3 、 G一 4各 2根、 G一1 5 、 G 一 1 6、 G一 9 、 G一1 7 、 G一1 0 、 G一 2 0 、 G一 2 1 各 2根和 8 根 Gl 3 ， 总重 2 7 6 0 0 k N， 杆件组合为 Gl 5和 G一1 6 ； G一 9和 G一1 0 ； G一 3和 G一1 3 ； G一 4和 G一1 3 ； 共起 吊8次。先拆除扶梯 F一 4 、 斜拉筋 G一 2 0 、 G一 2 1 ， 然后 割去各个杆件与下部法兰的联结螺栓， 每处法兰螺栓 剩余 2条 ， 等悬吊钢丝绳绳扣吊住杆件， 工作人员下来 以后再开始割法兰螺栓。 2 ． 5一层 的拆 除 一 层杆件由下面的杆件组成 G一 5 、 G一 6 -, G一1 2 、 G一 1 9 、 G一1 1 、 G一 2 6各 2根、 4根 G一1 8 、 8根 G一1 4 ， 总重 2 8 0 6 0 k g 。 杆件分组共 6组 G一1 9和 G一1 0两组 ； G一1 2两 组； G一 5 、 G一6 、 G一1 1 、 G一 2 6 、 G一1 4两组， 先把留绳 固定好 ， 留绳采用 6 X 1 91 2 ． 5 m m钢丝绳， 一段 固定 在 G一 1 2上， 另一端 固定在预先挖好的锚桩坑斜拉绳 扣上 ， 中间用 3 t 起重机相连， 起 吊前两侧的起重机都 要张紧， 松动下部井架地脚螺栓 M 3 6 X 1 5 0 0 m m， 先拆 除 G一1 9和 G一1 0组合件， 拆除过程 中遇到不好起 吊， 两个 3 t 起重机要向外拉 ， 使中间的杆件不受力， 才 能顺利吊出， 待 G一1 9和 G一1 0杆件吊出后 ， 松动两 个 3 t 起重机使剩余 的两个组合件与地面的夹角 7 0 。 ， 一侧靠起重机的拉力和组合杆件的 自重平衡， 避 免起重机拉力过大组合杆件倾倒 ， 安排人员爬到杆件 的上方挂悬吊的钢丝绳绳扣 ， 吊车吊钩挂住 ， 把最后的 杆件吊起放在地面 ， 用短方木垫平 ， 便于拆卸。 3 施 工经验 总 结 1 做好安全管理和准备工作。V型井架拆除是 一 项高空作业的复杂工程 ， 施工的安全性非常重要， 具 上接 第 1 5 3页 3 应 对措 施 3 ． 1 统筹规 划 合 理 布置 巷道布置在稳定的岩层 内， 巷道方 向尽可能与本 区最大主应力方向一致 ， 减小其应力对巷道的作用； 避 免开采引起的支承压力的强烈作用 ， 将巷道布置在已 采的采空区下； 采取上部煤层预先开采， 跨巷回采等方 法， 避开上部开采遗留煤柱的影响， 且与煤柱边沿保持 一 定的距离； 避免相邻巷道之间的相互影响； 合理开采 顺序以避免采掘在相邻的区段内同时进行等。 3 ． 2 增强围岩约束能力 限制破碎区向纵深发展 增加支护体强度， 防止危岩出现， 即使出现危岩也 能限制形成较大的破碎区。在支护手段上比较有效的 方法是采用高强度锚杆、 锚索、 网、 梁联合支护， 进一步 改善围岩力学性能， 增强围岩约束力。 3 ． 3 降低作用在 围岩的压力 将作用于巷道周围的集中载荷转移到离巷道较远 的支承区， 降低巷道围岩应力， 从 而减少对支护的破 坏。卸压技术是较好的减小压力、 提高支护强度的方 法， 卸压技术通过采取松动爆破、 水力割缝、 打卸压孔 等措施使围岩受到多种形式的压力卸载。 1 深孔卸压爆破。爆破卸压主要运用围岩力学 特征， 集卸载、 加固为一体， 充分发挥围岩的自撑能力 ， 是一种积极有效的治理方法。 2 工作面卸压。利用迎头瓦斯排放孔进行高压 水射流割缝 ， 使钻孔两侧形成一定深度的扁平缝槽， 即 钻孔附近煤体得到局部卸压， 从而对迎头顶板起到卸 压作用。 3 巷帮卸压。在已经施工的巷道两帮施工卸压 孔， 每帮一个 ， 间距 0 ． 7 m， 卸压孔规格 D 8 9 m m1 2 m。 4 利用卸压巷道卸压。在被保护的巷道一侧或 两侧再掘进一条巷道 ， 专门进行卸压， 让其冒落。 3 ． 4进行注浆从而改善 围岩力学性能 深部开采时， 由于围岩埋深大， 水平应力和垂直应 力均比较高 ， 围岩的承载能力难以抗拒高应力的影响， 因此 ， 通过注浆加固， 提高围岩的整体性和 自身承载能 力 ， 使整个加固的岩体能有效地同锚杆有机地结合为 一 个整体， 从而提高破碎围岩中的锚杆锚固力， 从而能 够适应围岩的较大变形。 4结束 语 煤矿的深部开采以及在深部开采中所显现的一些 特点 ， 已越来越多的制约着煤矿的快速发展， 影响着矿 井的作业安全。只有采用合理的支护设计， 才能更好 地保障煤矿的高效发展， 降低深部开采带来的安全隐 患， 实现深部煤炭的高产、 高效、 安全开采。 参考文献 [ 1 ] 史元伟． 国内外煤矿深部开采岩层控制技术 ． 煤炭工业出版 社， 2 0 1 0年 [ 2 ] 郎庆田， 孙春江． 煤矿深井开采技术 ． 中国矿业大学出版社， 2 0 0 6正