深部回采巷道围岩变形机理及控制方法(1).pdf

收稿日期２０１８ －０７ －１３ 作者简介张涛１９８９ － ꎬ男ꎬ山东滕州市人ꎬ ２０１５ 年毕业于山东科技大学矿业工程专业ꎬ硕士研究生学历ꎬ助理工程 师ꎬ现在枣庄矿业集团有限责任公司柴里煤矿从事工程设计及技术管理工作ꎮ 深部回采巷道围岩变形机理及控制方法 张涛１ 周超２ 周晓鹏３１. 枣庄矿业集团有限责任公司 柴里煤矿ꎬ山东 枣庄 ２７７５１９ꎻ２. 山东省微山湖矿业集团有限公 司 泗河煤矿ꎬ山东 济宁 ２７２１９５ꎻ３. 新汶矿业有限责任公司 华丰煤矿ꎬ山东 泰安 ２７１４１３ 摘 要随着开采深度的不断增加ꎬ回采巷道围岩会发生剧烈的变形ꎬ使维护深部回采巷道围岩的稳定十分困难ꎮ 分 析深部回采巷道围岩的变形机理和控制方法ꎬ对保证安全生产ꎬ控制变形、减少巷道维护成本等具有重要意义ꎮ 关键词深部开采ꎻ回采巷道ꎻ围岩变形 中图分类号Ｆ４０６. ３ꎻＴＤ３２ 文献标志码Ｂ 文章编号１００８ －０１５５２０１８１７ －００３１ －０２ 深部矿井地质条件复杂、地应力高ꎬ一旦在深 部区域开挖回采巷道ꎬ回采巷道围岩会发生十分 剧烈的变形ꎬ使维护深部回采巷道围岩的稳定十 分困难ꎮ 即便是深部回采巷道围岩重新趋于稳定 后ꎬ还是会有流变现象存在ꎬ顶底板及两帮移近量 依然不断增加ꎮ 因此ꎬ深部回采巷道围岩的控制 问题是在进行深部开采时迫切需要解决的一个难 题ꎮ １ 深部回采巷道围岩变形特征 深部回采巷道开挖后ꎬ如果未对巷道围岩进 行及时支护ꎬ围岩短时间内将会产生冒落ꎬ即便是 在进行了锚梁网索支护的情况下ꎬ巷道开挖后在 短时间内仍会产生较大的变形ꎬ随着时间增长ꎬ巷 道围岩变形量会逐步增加ꎮ １. １ 围岩变形影响半径大ꎬ持续时间较长 深部回采巷道开挖后ꎬ巷道较大范围内的围 岩都会发生明显位移ꎬ且初始变形量大ꎬ变形速度 快ꎬ随后变形速度减弱ꎬ但变形量持续增加并能持 续较长时间ꎮ 若不采取合理有效的支护措施ꎬ当 回采巷道围岩体的最大变形量超过支护结构允许 的最大变形量时ꎬ支护结构承载作用降低ꎬ围岩变 形速度将会再次加快ꎬ造成巷道的破坏ꎬ并最终导 致巷道结构失稳ꎮ １. ２ 巷道破坏方向性较强 深部回采巷道变形受最大主应力影响较大ꎬ 而构造应力作用在巷道开掘过程中也发挥关键性 的作用ꎬ巷道的开掘位置与其受力情况息息相关ꎬ 当巷道中轴线与最大主应力方向垂直时ꎬ巷道围 岩破坏严重ꎬ而当巷道中轴线方向平行于主应力 方向时ꎬ巷道围岩破坏则较轻ꎮ １. ３ 开采扰动影响较大 深部开挖的回采巷道受邻近工作面开采扰动 以及矿井水的冲刷、侵蚀等影响ꎬ围岩发生松动失 稳ꎬ锚固效果降低ꎬ引起巷道围岩产生较大变形ꎬ 甚至发生失稳现象ꎮ ２ 深部回采巷道围岩变形机理分析 深部煤岩体未开挖时处于三向应力平衡状 态ꎮ 深部回采巷道开挖后ꎬ作用在巷道围岩上的 应力消失ꎬ原平衡状态遭到破坏ꎬ围岩应力重新调 整ꎬ使巷道围岩中原本处于闭合的结构面张开滑 移ꎬ产生裂隙ꎬ降低围岩强度ꎬ并且最大主应力向 围岩内部转移ꎬ直到达到新的三向应力平衡为止ꎮ 这时就会在巷道周围形成弹性区、塑性区及破碎 区ꎬ其中塑性区岩石具有一定的流变性ꎮ 破碎区 围岩沿围岩体中的弱结构面发生破坏ꎬ然后进一 步产生碎涨变形ꎬ承载能力减小ꎮ 弹性区范围内 的部分岩石会进入塑性状态ꎬ塑性区范围扩大ꎮ 同时ꎬ在应变作用下ꎬ塑性区一定范围内岩石进入 峰后状态ꎬ之后成为破碎区的一部分ꎬ最终处于巷 道最外层的破碎区的围岩范围逐渐扩大ꎬ进而产 生较大的碎涨变形ꎮ 由此可见ꎬ巷道围岩破坏是 一个渐进的过程ꎬ围压、压力差的大小严重影响深 井巷道围岩的变形破坏程度ꎮ 图 １ 围岩非稳定在状态应力、应变关系 ３ 深部回采巷道围岩控制方法 维持深部回采巷道稳定性采取的措施ꎬ应该 以巷道的围岩稳定性为前提条件ꎮ 矿山压力的存 在是围岩破裂的主控因素之一ꎬ因此ꎬ要以控制矿 山压力作为维持巷道稳定的主要出发点ꎮ 矿山压 力因素包括①巷道所处的深部应力场ꎬ包括开采 深度影响和强采动影响等ꎻ②巷道围岩的材料力 学特性ꎬ主要是岩体的极限抗压、抗拉、抗剪强度 以及峰后残余强度和岩体的流变特性ꎬ如应变软 化程度等ꎮ 此外ꎬ岩体的弹性模量和泊松比对巷 １３ 道变形有较大的影响ꎻ③巷道支护与维护方式等ꎬ 如支护参数和支护体的材料等ꎮ 综合分析可以看出ꎬ巷道围岩的安全性控制 应从以下几个方面着手 １提高围岩强度ꎮ 锚杆支护强化围岩强度ꎬ 破碎岩体中打入锚杆ꎬ能在岩体中形成组合结构ꎬ 增强围岩自身的承载能力ꎬ随着锚杆等支护体强 度的提高ꎬ锚固围岩的自承载能力上升ꎬ峰后残余 强度也随之发生显著增加ꎬ因此ꎬ锚杆等支护体的 自身强度是影响锚固体的承载能力的重要方面ꎮ 在一定范围内ꎬ支护阻力与围岩体的变形量呈负 指数关系ꎬ支护强度提高有助于减小巷道围岩的 变形值ꎬ很大程度上提高巷道围岩的稳定ꎮ 加强巷帮、拱角等关键部位的支护强度ꎮ 现 在我国巷道支护要求重视顶板、两帮ꎬ而对底板不 支护或只进行少量支护ꎬ顶板锚杆支护强度较大 而两帮支护强度较小ꎬ深部巷道两帮及底角围岩 破碎区、塑形区较大ꎬ形成大范围的破碎区围岩并 发生碎涨型变形ꎬ两帮片帮、变形和底板底鼓出现 的现象十分严重ꎮ 通过对两帮及底角注浆加固ꎬ 并加强支护体密度ꎬ从而提高巷道两帮及巷道底 角破碎区围岩的峰后残余强度ꎬ能够在很大程度 上控制巷道围岩破碎区的碎涨变形ꎬ对提高深部 围岩稳定性具有重要作用ꎮ ２降低回采巷道围岩的应力ꎮ 选择合适的 巷道掘进位置ꎬ从巷道、围岩、采取的相对时空位 置上减少采动高支承应力峰值区对巷道围岩稳定 性影响作用的强度和作用次数ꎬ减少围岩应力和 采动支承应力对巷道围岩完整性的破坏ꎻ留设合 理尺寸的煤柱ꎬ在保证煤柱稳定性的情况下ꎬ减小 回采巷道受集中应力影响的程度ꎬ将巷道布置在 应力降低区内ꎮ 对于深部巷道来说ꎬ应力转移、见 效航道围岩应力是控制巷道围岩变形量、保持巷 道良好安全状态的主要技术措施和重要技术路线 之一ꎮ ４ 结论 对于深部开挖的矿井巷道ꎬ由于经受的矿山 压力较大ꎬ围岩破裂程度也较大ꎬ抵抗外界干扰的 能力降低ꎬ严重影响巷道的稳定性ꎮ 因此ꎬ深部巷 道的稳定性控制要以减小巷道的破碎程度ꎬ降低 围岩的应力为指导方向ꎬ充分发挥围岩的自身承 载能力ꎬ避免因巷道围岩的过分破碎导致的失稳 和围岩应力过高导致的巷道压垮现象ꎮ 参考文献 [１]陈登红ꎬ华心祝. 多因素影响下深部回采巷道围岩 变形规律与控制对策研究[Ｊ]. 采矿与安全工程学报ꎬ ２０１７ꎬ３４４７６０ －７６８. [２]陈登红. 深部典型回采巷道围岩变形破坏特征及 控制机理研究[Ｄ]. 安徽理工大学ꎬ２０１４. 责任编辑陈凌霄 上接第 ２７ 页 同时ꎬ要求皮带滚筒无杂物ꎬ在此基础上尽量降低 物料水分ꎬ在启动皮带时应采用慢启动方式ꎮ 对 于长距离运输系统ꎬ可以采用多滚筒传统ꎬ以增加 对皮带的摩擦力ꎬ进而避免皮带打滑现象出现ꎮ ４引起皮带噪音的原因主要是托辊噪音和 滚筒处噪音ꎬ故首先保证托辊和滚筒质量和安装 符合要求ꎬ对于因托辊设计不合理引起的噪音可 以根据需要进行更换ꎬ滚筒轴承未损坏存在一定 噪音可不予处理ꎬ轴承损坏时必须进行更换ꎮ ５减速机正常运行是确保皮带运输机安全 高效运行的关键ꎬ在选择减速机时应重点考虑减 速机轴的强度是否满足现场ꎬ另外在安装减速机 时要保证与电机轴同心ꎬ避免因不同心导致的轴 承出现弯曲变形ꎬ甚至出现轴承断裂现象ꎮ ３ 其他辅助措施 １确保皮带运输机安装合理ꎬ质量达标ꎬ各 组件严格按照相关要求进行安设ꎬ同时严把验收 质量关ꎬ确保皮带运输机安全高效运行ꎮ ３制定科学合理的皮带运输机检修和维护 制度ꎬ严格皮带运输机巡查制度ꎬ加强检修人员技 能培训ꎬ使其掌握皮带运输机故障内因ꎬ并能够解 决常见故障ꎮ ３严格操作人员岗位责任制ꎬ禁止皮带运输 机司机违章开、停皮带ꎬ确保皮带正常运行ꎬ遇到 故障时及时排查并停车处理ꎬ严防皮带带病运行ꎮ ５控制皮带上料量ꎬ严防皮带超负荷运行ꎻ 在物料上皮带前要对物料内的大块矸石、利器、铁 器等杂物进行清拣ꎬ以有效避免皮带跑偏和撕裂ꎬ 同时也有利于提高产品质量ꎮ ４ 结语 皮带运输机安全运行是保证矿井高效生产的 基础ꎬ鉴于井下自然和人为因素的影响ꎬ皮带运输 机在使用过程会出现各类故障ꎬ检修人员应了解 皮带故障产生的内在原因ꎬ并有针对性预防和处 理措施ꎮ 此外ꎬ还应从制度、培训、操作等方面加 强人员在皮带运输机操作和检修管理水平ꎬ只有 这样才能从根本上杜绝皮带运输机故障发生ꎮ 参考文献 [１]胡晓峰ꎬ等. 皮带运输机故障检测方法分析[Ｊ]. 中 国高新科技ꎬ２０１８ꎬ７９２ －９３. [２]朱荣责. 矿用皮带运输机常见故障分析及预防 [Ｊ]. 机械工程师ꎬ２０１８ꎬ３１６２ －１６３. [３]郇恒恒. 煤矿皮带运输机常见故障和处理方法探 析[Ｊ]. 技术与市场ꎬ２０１８ꎬ４１２１ －１２２. [４]马赟. 霍尔辛赫煤矿井下环境对皮带运输机故障 的影响[Ｊ]. 煤炭与化工ꎬ２０１７ꎬ６１０１ －１０３. [５]李科峰. 煤矿皮带运输机安装调试过程中的故障 及其处理[Ｊ]. 机械管理开发ꎬ２０１７ꎬ１２１７８ －１７９. 责任编辑陈凌霄 ２３