深部开采理论在煤矿生产中的应用.pdf

2 8 童瞧晨 科技 2 0 1 1 年 第1 期 深部开采理论 在煤矿 生产 中的应 用 白云 波 七煤公 司新强煤矿 ， 黑龙江 七 台河1 5 4 6 2 2 摘要煤矿 开采 随着深度 的增加 ， 矿 山压力的增大 ， 构造变化 ， 岩层性质等因素综合 因素影响 了深部煤矿 开采。 关键词 深部 开采矿 山压 力 中图分类号 T D 3 5 3 文献标识码A Ab s t r a c t As t h e d e p t h i n c r e a s e s c o a l mi n i n g ，mi n i n g p res s u re ，s tr u c t u r a l c h a n g e s，r o c k a n d o t h e r f a c t o r s i n fl u e n c e d t h e n a tu re o f t h e d e e p c o a l mi n i n g ． Ke y wo r d s Ro c k p r e s s u r e i n d ee p mi n i n g 1 煤矿 深部 开 采面 临的 问题 煤矿进入一定 的开采深度 ， 由于埋深增加 ， 仅就煤 岩周边垂直应力说来 ， 部分接近或超过其峰值强度 ， 进 而使局部煤岩体介质达到塑性屈服 限， 进入塑性变形。 该变形并随时 间增加 或遇外 界扰动 因素作用而 加强 ， 将可能 出现两 种类 型 的变形 破坏 趋势 1 缓 慢变形 破坏趋态 ， 即若干个小 失稳 的综合 或迭加 ； 2 突然 失 稳变形破坏趋态 ， 即大 失稳 的综 合 。其二者不 同 的力 学响应 ， 主导因素是 由于应 力水 平与介质条 件不 同而 不 同， 二者变形破坏趋态的力学本质是相 同的。 2深部 开采 的确 认 结合我国现存 的大多数 国企煤 矿的实 际情 况 ， 初 步划分一般情 况如下 1 深浅部 开采界线初 步定为 7 0 0 m 。 2 在浅部 开 采 中， 5 0 0 m 以上 为 一般浅 部 开 采 ， 5 0 0 7 0 0 m之间为超浅部开采。 3 在深部开 采 中 7 0 0～1 0 0 0 m为一般深部 开采 ， 1 0 0 0～ 1 2 0 0 m为超 深部开采 。 3 深 井高 应力 巷道 破坏 原 因 3 ． 1 巷道 围岩 由硬 变软 1 岩石硬 度变大 。深 部岩层在上部 岩石 的长期 自重压力下 r I - I ， 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。 2 岩体强度变小。巷道掘出后， 岩体硬度变小， 出现岩石软化 的现 象 ， 围岩 比较破 碎。深 部矿井 的岩 石在井下与地表实验表现出不同的状态性质， 主要表 现在锚杆眼难钻。 3 巷道松动范 围大， 顶底 板和两帮移近量大。 收稿 日期 2 0 1 01 13 O 作者简介 白云波 ， 男 ， 4 2岁 ， 中共党员 ， 大专 文化 ， 2 0 0 8年 1 2月函 授毕业 于黑龙 江科技 学院 采矿工 程专业 ， 工程师 ， 现 任新强煤 矿六 采区区长 。 ． 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。巷 道经 常 需要 进行 维 修， 维修量大， 支护成本高。目前我国深部开采巷道的 支护强度增加近一倍 ， 但 是仍然有 4 0 ％ 的巷道需要 维 修。据统计， 我国深部开采的巷道维修率达到 2 0 0 ％。 3 ． 2 巷 道破 坏 主要形 式 1 顶板 下沉 。由于上 覆岩 层 压力 、 巷道 上方 破 碎岩体自重压力 ， 或其它地应力引起的垂直应力。 2 底 膨 。底 板岩 石较 软 ， 或 遇水 后 岩石 单轴 抗 压强度降低， 在垂直压力作用下产生底鼓 ， 或者由于底 板岩石含有膨胀性粘 土矿物 ， 遇水膨胀 ， 也可 能引起底 鼓。 3 顶底板移近 。 4 上 帮或 下 帮 变 形 。当巷 道 两 帮一 帮 岩 石 软 或破碎 ， 一帮岩石硬时， 在垂直压力或侧压力的作 用下均可产生上 帮或下 帮变形 。 5 顶板下沉， 两帮挤进。这种情况， 往往是在垂 直压力作 用下 、 两 帮岩 石较 软 或破 碎 ， 而底 板岩 石 又较坚硬时发生 。 6 拱顶起尖 ， 两 帮挤进 。在侧 压力 的作用下 ， 支 护拱顶起尖 ， 锚喷巷道则 出现拱顶岩石被挤碎 成尖 ， 两 帮挤进 ， 侧压力主要来 自构造应力。 上述几种变形 状态是 比较典 型 的支护 变形状 态 ， 还有一些由于围岩岩性不同、 受水的影响不一、 受力不 均等因素， 将会出现其它一些变形状态。 4深井 高应力 巷道 的支 护原则 4 ． 1 支护 原则 1 深部巷道应采用高预应力、 强力锚杆组合支 护 ， 同时要求支护系统有足够的延伸量与 冲击韧性。 应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏， 避免 二次支护和巷道维修。 2 高预应力和 预应力扩散 原则 。预应 力是锚 杆 支护中的关键因素， 是区别锚杆支护是被动支护还是 主动支护的参数 ， 只有高预应力的锚杆支护才是真正 的主动支护 ， 才能充分发挥锚杆支护的作用。 2 0 1 1 年第1 期 童撼晨 斜技 2 9 3 “ 三高一低” 原则。即高强度、 高刚度、 高可靠 性与低支护密度原则。 4 临界支护 强度与刚 度原则 。锚杆 支护系统 存 在临界支护强度与刚度， 如果支护强度与刚度低于临 界值 ， 巷道将 长期处 于不稳定状态 ， 围岩变形与破坏 得 不到有效 控制。因此 ， 设 计锚杆 支护系统 的强度 与 刚 度应 大于临界值 。 5 相互 匹配原则。锚杆各 构件 ， 包括托板 、 螺母 、 钢带等的参数 与力学 性能应 相互 匹配 ， 锚杆 与锚索 的 参数与力学性能应相互匹配， 以最大限度地发挥锚杆 支护 的整体支护作用。 6 可操作性 原则 。提供 的锚杆支 护设计应 具有 可操作性 ， 有利于井下施工管理和掘进速度的提高。 同时降低支护成本。 7 组 合 支护 原则 。按照 目前 的技术 水平 ， 采 用 简单的单一种类的支护方式不能满足生产要求， 需要 锚杆 锚索 网 刚带 ； U型刚 锚杆 等组合 支护 方 式。 4 ． 2注 浆 改善 围岩 力 学性能 由于埋深 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 ， 能 够适应 围岩的较 大变 形 。 4 ． 3 深部 开采锚 杆 、 锚 索支 护机 理 1 锚杆支护主要作用在 于控制锚 固区围岩 的离 层 、 滑动 、 裂隙张开、 新裂纹产生等扩容变形与破坏 ， 使 围岩处于受压状态 ， 抑制围岩弯曲变形、 拉伸与剪切破 坏 的出现 ， 最 大限度地保持锚 固区围岩 的完整性 ， 减小 锚 固区围岩强度 的降低 ， 使 围岩 成为 承载 的主体 。在 锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构， 阻止锚 固 区外岩层产生离层， 同时改善围岩深部的应力分布状 态 。 2 锚索支护机理。锚索的作用主要有两方面 其一是将锚杆支护形成 的预应力承载结构 与深部 围岩 相连， 提高预应力承载结构的稳定性， 同时充分调动深 部围岩的承载能力， 使更大范围内的岩体共同承载； 其 二是锚索施 加较大的预紧力 ， 给围岩提供压应力 ， 与锚 杆形成的压应力区组合成骨架网状结构， 主动支护围 岩 ， 保持其完整性。 3 长锚 索 与短 锚杆 相结 合 的支 护方 式 ， 实 质上 是把短锚杆范围内的围岩自承拱通过长锚索将其固定 在较 大的压缩 圈 内， 并 通过锚 索把力 传递 到 围岩 深部 的稳定岩体 内 ， 因此能最大 限度发挥 围岩 自承作 用 ， 提 高围岩的力学性能、 改善围岩的受力状态。 5 结 语 深部开采理论和技术工艺提供了广 阔的管理矿井 开采 的空间 ， 新强煤矿正 由浅部向深 部过度 中， 一定 能 很好 地把深部开采 理论和技术工 艺广泛 地应用到实 际 开采工作 中去 。 上接 第 2 7页 正规厂家生产的产品 ， 避免劣质闸瓦对 制动盘造成磨损或因其摩擦系数不足而造成盘形制动 器制动力不符合要求 。 4 矿 山在用 提 升机一 般 是持续 运行 ， 制动 系统 工作频繁 ， 盘形 制动器 的 闸瓦 间隙变化 较 明显 。所 以 在检修时间内应调整盘形闸闸瓦间隙， 使之不超过2 ． 0 m it t 且上 下相等。在调整 闸瓦间隙时 ， 务必检查盘形制 动器活塞内固定碟形 弹簧 的螺栓是否牢 固。由于该螺 栓是控制碟形弹簧行程的， 若其松动则会造成碟形弹 簧行程过大， 即在正常供油压下不能受力变形， 由此会 造成 盘形制 动器制 动力不 足。因此 ， 在调 整 闸瓦间 隙 前应确认该螺栓紧 固牢固 。 5 在提升 机制 动和 松 闸时 ， 盘形制 动器 应能 根 据制动手柄的运动而开闭 自如。当发生安全制动时， 制动器应能立即抱闸， 所有制动器的空动时间均不应 超过 0 ． 3 s 。 6 所有制动器实测制动力矩总和应大于实际提 升最 大静荷重旋转力矩 的 3倍。如发现实测制动力矩 不满足要求 ， 应立 即停车并 检修 盘形制 动器或升 高系 统油压 。 7 制动系统 中的紧急制动开关动作应灵敏可 靠， 以使提升机司机在发现异常情况时实施安全制动， 从而避免危险情况 的出现 。 3结束语 提升机的液压系统和制动系统是提升机所有保护 装置的执行机构。因此， 在对其维护和保养时发现问 题应立即处理， 从而为提升机的安全运行奠定 良好基 础 。 参考文献 [ 1 ] G B 2 0 1 8 1 2 0 0 6 [ 2 ] A Q 1 0 1 4 2 0 0 5 [ 3 ] A Q 1 0 1 5 2 0 0 5 ‘ 煤矿在用缠绕式提升机系统安全检测检验规 范 [ 4 ] A Q 1 0 3 5 2 o o 7 煤矿用单绳缠绕式提升机安全检验规范 [ 5 ] J B ／ I 3 2 7 7 2 0 o 4 矿井提升机和矿用提升绞车 液压站 [ 6 ] 矿山大型固定设备技术测试 ， 中国矿业大学出版社， 于修主 编 ， 1 9 9 5年 。