煤矿深部开采支护研究.pdf

第 3 0卷 第 6 期 2 0 1 5年 l 2月 有 色金 属 文 摘 No n f e r r o u s Me t a l s Ab s t r a c t Vo I ． 3 0 N o 6 De c e mbe r 2 01 5 煤 矿 深 部 开 采 支 护 研 究 宋文军 摘要 随着矿产资源不断开采， 浅部资源的减少导致开采转向深部， 进行深部开采， 会使应力环境恶化， 巷道围 岩变形增大， 并且支架的损坏程度也越发严重 ， 从而巷道返修量也一直会增高， 巷道变得非常难以维护， 在深部开 采过程当中也暴露出了很多浅部没有出现的问题。因此本文通过从矿山压力控制的角度对煤矿深部开采进行了 研究 ， 对矿井中深部开采的支护问题提出了应对措施， 并且对今后的深部矿井开采中的支护问题进行了合理化的 建议 。 关键词 深部开采；矿山压力显现； 支护问题；巷道围岩 中图分类号 T D 3 5 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 3 9 1 2 0 1 5 0 6 0 1 0 0 0 2 在 向深部 进行开 采时 ， 矿 山压力加 大。这 一 问题 的 出现造成了巷道维护 困难， 地温升高。而且随着开采条 件的逐渐恶化 ， 生产技术效果和经济效益也会有不同程 度的下降。为了解决上述问题 ， 巷道的断面必然会增大。 根据不完全统计， 在近年， 开采深度每增加 1 0 0 i n ， 岩石 巷道的断面也就增加 9 ． 2 ％左右， 煤巷或者半煤岩巷的断 面会增加 3 7 ％左右； 其次， 在地压方面， 随着开采深度的 增大， 地压必然也会增大， 在深部高应力的作用条件下， 围岩移动更加的剧烈， 巷道产生变形破坏的情况也会更 加严重。在现有的矿井当中， 有不少采深超过 7 0 0 m的 矿井 的巷道矿压 问题非常严重 ， 最常见 的现象 就是底臌 ， 而且集中体现在了采准巷道当中。巷道的失修率以及严 重失修巷道的数量都在逐步增高， 开采深度在 1 0 0 0 m的 巷道的失修率大约是相同条件下的 5 0 0 m埋藏深度巷道 的3 ～1 5倍左右， 甚至有的矿井的巷道失修率和严重失 修率超过 了 2 5 ％。而且会经常出现 ， 前掘后修和反复 翻修 。 1 深部开采存在的问题 1 ． 1 冲击地压危险性增加 在我 国， 一般冲击 地压都发 生在 开采深 度在 2 0 0 ～1 0 0 0 m左右的矿井 中， 而且随着开采深度的增加煤岩体 的应力也会有所增高， 发生冲击地压危险的煤层的数量 也会增加 ， 冲击地压的矿井的数 目的增加。随着时间的 推移发生冲击地压危险的矿井的数量也有所增加 ， 而且 冲击地压的次数、 发生冲击压的强度以及发生冲击地压 的危害程度也会随着开采深度的增加而增加。发生冲击 地压的危险事故 ， 对于巷道的支护， 以及采取支护的方式 又是一种新的考验， 如何避免发生冲击地压的危险， 采取 合理 的支护措施 防止发生 冲击地压之后破坏巷道避 免人 员的伤亡是 目前的研究重点。 1 ． 2 煤与瓦斯 突出事故增多 从全球来看 ， 我 国的煤与瓦斯突 出事故最 为严重 ， 根 据现有的统计分析， 世界煤与瓦斯突出事故 当中我国所 占大约为三分之一。国内外专家学者在实践当中也总结 一 1 00 一 出了如下的规律 煤与瓦斯涌出量与开采深度呈正 比关 系， 煤与瓦斯突出一直是深部开采的技术难题。根据现 有我国的煤与瓦斯突出事故分析得知， 伴随开采深度的 增加， 瓦斯压力也会增加， 同时瓦斯涌出量也会增加 ， 造 成我国煤与瓦斯突出事故增加。 1 。 3 矿井当中温度的升高不利于工作 随着开采深度的增加， 矿井中的温度也会升高， 同样 也会影响井下作业人员的身体健康 ， 诱发疾病 ， 矿井中的 事故发生率升高， 劳动生产率下降， 严重的情况下会造成 停产。在我国的矿井深部开采实践中， 随着采深的增大， 温度也会升高， 这对于井下的生产十分不利。由于对这 方面灾害没有相应的技术 以及资金的支持， 绝大是多数 的矿井处理的方法都是依靠通风和洒水来降低温度 ， 但 都不能从根本上解决问题。总而言之目前我国深井开采 的技术比较落后 ， 而且效果较差。 2深部开采矿压显现规律分析 2 ． 1 深部开采 矿压显 现的特征 1 巷道围岩变形速度快， 巷道围岩变形量大， 巷道 围岩变形范 围广 。 2 围岩 的岩性 对深 井巷 道 围岩 的变 形影 响 明显 ， 随着开采深度增加 ， 围岩岩性的差异性也就会表现出来 ， 在软岩巷道 当中、 煤巷 当中都会体现 出深部开采 的缺点 。 3 深井巷道 的掘进 困难 ， 而且维护 困难。掘进后 不得不废弃一些巷道数目增多， 采煤工作面的回风大巷 、 上下山、 乃至于大巷都有废弃的记录。这也就造成了成 本增加 。 4 深井巷道的另一个 主要特 征就是深 井巷道 的变 形以及流变 ， 随着开采深度的增加 ， 位于煤柱下方的巷道 的围岩性质 也会影 响流变 的速度 以及变形 的快慢 。 5 随着采煤工作面开采的加剧， 巷道围岩的变形量 也会逐渐加大， 开采深度的加大， 开采的影响也会增加。 6 大部分晴况下保护煤柱对于巷道维护非常不利。 7 巷道的支护对支架 的工作特性要求非常高， 支 架的初撑力、 工作阻力和可缩量都会相应的增大。 第 3 0卷 第 6期 2 0 1 5 年 1 2 月 有 色金 属 文 摘 No n f e r r o u s Me t a l s Ab s t r a c t Vo 1 ． 3 0№ 6 De e e mb e r 2 01 5 8 巷道的布置， 开采 的顺序 ， 以及最终形成的开采 边界条件对于巷道的维护影响很大。 2 ． 2 深井巷道的矿压控制 2 ． 2 ． 1 深部巷道高地应力的作用机理 巷道矿压的控制决定 了围岩的应力状态， 巷道围岩 的破坏范围的大小是深井巷道围岩稳定性 、 变形量的大 与小 ， 以及支护的难以程度的重要决定因素。巷道围岩 的稳定性和围岩 自身的力学性质有关 ， 更主要的是会受 到趋于应力场的控制 ， 当作用在围岩上的应力超过所能 承受 的应 力强度的极 限 的时候 ， 围岩就 会 由于失稳 而发 生破坏变形。巷道围岩与煤层的厚度最低的时候， 当外 部的应力作用超过煤层 的曲率极限的时候 ， 煤层就进入 了塑流的状态 ， 这也就导致了两边向内部移动， 以及底板 的鼓起。随着变形量的逐渐增大 ， 上覆岩层在两帮煤体 内部的应力点外移， 顶板就会悬露出很大的面积， 这也就 改变了顶板 的应力状态， 同时也就会使得顶板发生 ， 下 沉、 离层等情况。当顶板下沉量超过该岩层的变形极限 的时候， 顶板就会出现断裂破坏， 直至顶板冒落。 2 ． 2 ． 2 对巷道的布置进行优化 主要通过以下几个方面对巷道的布置进行优化 1 在煤柱下方 的应力集中区、 构造应力集 中区以 及受采动影响较大的区域当中不应 当布置采准巷道， 采 准巷道应当选择岩性比较稳定的岩石当中。 2 在深部采区当中， 准备巷道应该主要 以岩巷为 主或者至少布置一条岩巷。主要原因是 回采工作面在 推进后煤体的塑性区会随开采深度的增加而增强， 从而 导致区段煤柱 留设宽度 的增加 。 3 工作面回风平巷 以及运输平巷应该采用无煤柱 护巷形式保证回收率， 也可以减少巷道的维护。 4 为减小矿 山压力的显现， 应该在巷道施工过程 中遇到以拉应力为主的断层时沿巷道方向应当与断层走 向一致或者斜角， 从而达到减小矿山压力的显现目的。 5 回采巷道在布置过程中， 应当离开断层推进 ， 采 区一翼 内的工作面在同一个方向进行推进就会避免这一 问题 ， 也要减少巷道相互交叉避开二者之间所呈的锐角， 这样也就会使得应力集中现象较弱并且也降低 了冲击地 压发生的危险系数。 2 ． 2 ． 3 改进巷道 支护形式 1 应该采用多种支护形式的 U型钢可缩性支架在 采准航道当中进行支护， 这样就解决了巷道围岩高应力 以及变形较大 的问题 ， 并且 支护 方式 的有效性 可 以提高 支架的架设质量， 并且对于之后的充填也会加强 ， 也就改 变了支架的受力状态。 2 现有的以锚杆为主体的新型支护形式以及锚喷 支护、 锚梁网一体化支护都可以运用到这种支护形式当 中， 也可采用可伸缩性的锚杆进行支护。选取合适的支 护形式、 合理的支护参数、 合适的支护手段对于深部巷道 支护是非常重要的， 并且也要对监测方法进行完善。 3 采动对巷道围岩的影响主要是由于采准巷道处 于不同的土层， 并且根据采准巷道所处的不同时期改变 支护方式， 调节巷道支护强度； 进行不同强度的多次支护 工艺 ， 完善深井巷道技术 ， 这也会改善深井巷道技术的经 济效益。 4 巷道服务年限能否延长的一个重要因素就是巷 道围岩的稳定性 ， 围岩比较稳定 的深井巷道大多采用锚 喷网联合支护形式 ， 采用此种支护形式可以充分发挥围 岩的自稳能力 ， 并且防止空气对围岩的风化作用。 3 结语 1 本文通过理论分析， 对深部开采当中的主要 问 题进行 了解释 ， 主要包括 以下几个方面 矿 山压 力显现剧 烈， 巷道维护困难 ； 冲击地压危险性增加 ； 发生煤与瓦斯 突出事故 的危 险性 增加i 矿井 温度高； 生产 经济效益 下降。 2 本文对深部开采矿压显现规律进行 了研究 ， 总 结了深部开采矿压显现规律以及深部开采矿压显现的特 征并且对深部开采矿压控制提出了相应的对策。 参考文献 [ 1 ] 何满潮 ， 谢和平， 彭苏萍 ， 等． 深部开采岩体力学研究[ J ] ． 岩 石力学与工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 1 6 2 8 0 3 2 8 1 3 ． [ 2 ] 高召宁 ， 孟祥瑞． 深井高应力软岩回采巷道支护对策[ J ] ． 煤 矿安全 ， 2 0 0 7 6 6 9 - 7 2 ． [ 3 ] 宋振骐． 实用矿山压力控制 [ M] ． 徐 州 中国矿业 大学 出版 社 ， 1 9 9 8 ． 【 4 ] 杜计平 ， 苏景春． 煤矿深井开采的矿压显现及控制 [ M] ． 徐 州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 5 ] 潘立友 ， 刘先贵， 等． 冲击地压预测与防治实用技术[ M] ． 徐 州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 6 ． 作者简介 宋文军 1 9 9 1 一 ， 男， 河北邢 台人 ， 硕士研究生， 研究方 向 矿山压力与岩层控制。 作者单位 山东科技大学， 山东 青岛 o 6 3 o o o ’ 一 1 O1 一