深井矿山巷道支护分析.pdf

深井矿 山巷道支护分析 郭文波 鸡西 矿业集团 平岗 煤矿 一 、概 述 新世纪初我 国将有更多 的金属矿 山进 入深部开 采 ，深井矿 山 地压 问题将成为制 约我 国矿 山安 全生产、资源回收和企业经济效 益的主导因素之一。大深度、 高地应力下 的开采地压 问题将成为金 属矿 山企业面 临的重大技术难题 ， 解决深井地压 问题 ， 也就必然成 为我 国矿 山行业 的重大技术发展 方向。 有鉴于此 ， 国家专 门立项对 ’ 深井硬岩矿 山开采 、 地压 与岩爆 问题进行研究。 二、 岩爆巷道 支护机理 1 、岩爆 巷道支护机理当一个 复杂的支护系统被简化之后 ， 都可以划 分为两种主要的支护功 能 加固围岩和悬 吊一 承 托。在这 两种功能中， 加固围岩和起 悬吊作 用的支护单元为锚杆 ， 而承托单 元则由金属 网、 喷混凝土、 索带或它们 之间的组合形式来完成。 通过锚杆加固围岩体是提高围岩 的强度 ，在 围岩体 中形成一 个能承载岩石应力的岩石拱 ，加固锚杆与被加固围岩一道共 同承 担围岩传递的应力。这种 以提高围岩 自承能力为 目的的方法 为一 种广 为应用的 方法。 悬 吊一 承托作 用就是 通过起悬 吊作 用的锚杆和 承托单元把破 碎 的岩石限制在深部 岩体 上。 在通 常的低应力条件下 ， 这种作 用主 要是基于安全考虑， 而不是对围岩 自身的稳定性考虑。 但 已有研究 表明 ， 这种承托作用 的锚杆 和承托单元 如金属 网、 喷混凝土 把破 裂岩石限制在深部岩体上 ，在通 常的低 应力条件下这种作用在保 证受 高应力作 用 的巷 道稳定 性 方面 可 以起 到一 个非 常重要 的作 用。 在高应力作 用下 ， 引起明显的岩石破裂且通 常伴 有较大 的岩体 变形 ， 岩体的破坏通常伴随岩体 剥落的过程而发展 ， 通过保持破裂 岩石层来对岩块连续运动过程进行有效的运动控 制。 2 、 支护结构单元 的特性完成前述 的两种 支护功 能是由支护 结构的各个单元所起作用 的组合而获得 的。在一 个支护系统中对 围岩起主要加 固作用 的元件为锚杆 ， 锚杆 打入加固围岩体 中之后 ， 在 与围岩共 同作用过程中将吸收弹性变形 能，提 高围岩体 的 自承 能力。 在悬顶一 承托支护 结构 中， 锚杆为维系这一结构 的基本 单元 ， 一 旦锚杆失效则整个支护系统失去作 用。 喷射混凝土则可以对表层 裂隙岩体 起加固、 锁 合作 用 ， 它与金 属 网一起还有较好的抗 弯冈 0 度 ，它可以使冲击荷载较均 匀地 分摊 到加固单元 锚杆 中去 ； 特别是 它可 以使锚杆处于单拉状态 而不是 剪切状态， 从 而使锚杆结构的作用功能得到优 化。 喷射混凝土与金 ，属 网共同作用可起到与锚杆 相联 的” 托盘 ” 作用 ， 以防 止托盘与 网 之间产生扯脱现象。 另外 ， 喷射混凝土作 为一个整体性 支护单元还 ，有一定 的支撑效果， 使巷道周边更光滑而消 除应力集 中 ， 通过提供 侧 向或切向剪切 阻力 而限制围岩膨胀等作用。 对于有岩爆岩层 的各 支护单元来说 ， 必需具有 良好 的韧性。 所 谓韧性是指材 料或结构在荷载作 用下到破坏或失效为止吸 收能量 的性能 ， 通常多用应力 一 应变曲线或荷载一 变形 曲线所 围成的面积 表示。 实际上材 料的韧性反应 了其吸受弹性应变能的能力 ， 韧性越 好吸收能量 的能力越强。 韧性不仅取决于材 料的强度， 还取决于材 料直至破坏时的变形能力。 三 、 岩爆巷道支护应 考虑 的因素 1 、 确定 微震 中心 为了有助于岩爆 巷道 的支护设计 ， 确定 微 科技罐 震活动的 中心是必要 的，目前确定微 震源的唯一方法是采 用声 发 射微震系统 ， 因此矿 山首先 必须研 究采用微 震监测系统 ， 来确定微 震的量级、 事件 的频率、 空间位 置分布等。A． K ． Mc Ga r r 等人 首先研 究了微震对巷道 周边 产生的影 响关 系， 他们根据岩爆量级 M ， 巷道 距 震源的距 离 R， 峰值质点 的速度 v等参 数给 出如下 的关系式 L o g R V a M b 1 式中 a 、 b为常数 。这里 的 M 和 R 为两个基本参数 ， v为破坏 程 度的衡量指标。G．N． Owe n等人基于经验资料 对 v在量级上建 立 了判别指标 ， 当 V O ． 5 g时为严 重破坏 级 限， 这里 的 g为重力加速度。 另 外， 正确 地认识引起破坏 的微 震事件是 必要 的， 确定 破坏是 否 由主 震事件或余 震引起 ， 也是很关键的。就采矿而言 ， 最关键 的 余 震是一种应 变岩爆。尽管这种余 震在量值上 比主 震事件小得 多， 但 由于它们 接近巷道 ， 也 可以引起严重的破坏。 2 、 岩爆／ 微 震诱 发的巷道 破坏机制 地下岩爆／ 微 震造成 的巷 道 围岩 的破坏性基于两种不 同的机理 岩爆 自身的作 用和 由它导 致 的微震波的作 用。 岩爆 自身 的作用就是岩爆 发生在巷道周边 ， 直 接导致岩爆破坏 ；而微震波 的作用是岩体 中深层 岩爆 产生的地 震 波传递 到巷道周边 的处于 高应力状态 的岩体上 产生 的岩石破坏 。 了解岩 爆／ 微震 对巷道产 生的破坏机制和破 坏形式 ， 对于选择正确 的支护形式具有重 要的作 用。 3 、 支护 系统 的功 能和 响应 一个支护系统对动静荷载 的力学 响应特 性决定 了该支护系统所能完成 的功能 ，选择合适 的支护结 构 单元 才能组成一个完整的、 符合要求的支护系统。在巷道 出现 破坏之前 ， 支护必须通过加固来提高岩体强度。岩体 的完整性必须 得 到保证， 以便岩体和支护共同形成一个连续体。 只要有可能 ， 就要提高 这种加 固系统吸 收微 震能的能力。 一旦岩石破裂且产生了破坏 ， 支 护结构 必须承托住破碎岩体且 锚固系统仍能够使托住的破碎岩石 保 留在原位 ， 同时还 必须 能够耗散 喷出的岩石的动能。 支护系统在 产生一定 的变形 位移 之后 ， 必须能重新建 立一个静态平衡。 很 明显 ，一 个支护 系统承 受动力作 用和重新平衡 的能力必须 取决于在微震事件发生之前 的支护效果 ，这 已被 静态安 全因子很 好地描述 了， 它是巷道破坏 的量度。引起 或诱发破坏 的安 全界限值 门坎值可以通 过比较 支护 能力和作 用在 支护上 的载荷来 进行 评 价 ， 在诱 发一个破坏 之后平 衡被打破 ， 从 能量 角度 考虑引起一个是 否建立一个新的平衡的 问题。 对于易爆岩层的支护来说 ，支护结构 必须具 有很 好的延展性 是一个基本特 征。因此， 研究支护系统的延展性是 必要 的。但就材 料的力学性 质而言， 延展性的增大意味着极 限强度 的减少。对于一 个支护系统来说 ， 它是 多支护单 元的组合 ， 就整体而言仍可 以相互 弥补强度降低的不足 ， 使整体仍具有较 好的承 载能力。支护 系统在 受到岩爆的冲击作 用之后 ， 应 当能保 证围岩 的稳定 ； 或 由加 固功 能 转化为悬吊一 承托功 能而继续保证 围岩 的稳定。 4 、 安 全性与效益 评价对于 一个支护 系统来 说， 支护 结果的 安全性 、支护 成本 及支护 带来的经济效益三个方面应 当是相互关 联的。 支护结构的安全性越大 ， 就意味着支护成本的增加和效益的 降低 。显 然， 对一个具体 的工程支护来说 ， 不仅 要考虑支护在技术 79 维普资讯 塞科技 上的可行性， 还必须考虑支护成本和 由支护带来的效益。 若 能定 量 地确定这种 关系，就 有助于确定是否需要附加支护及选择最合适 的支护系统。 四 、 结 束 语 国外在岩爆 方面 的研究和应用都 已取得较 多的经验 ，本文根 据 国外的经验对岩爆 支护所涉及 的一些 问题作 了概述。我 国深井 硬岩矿 山岩爆支护研究还只是刚刚起步 ，借鉴国外的先进经验有 利于加速我们的研究进展 。 根据我 国的实际 ， 今后 需要加强研究的 几个 方面的内容为 1 建 立微震监测系统 i 2 加强 岩爆 发生机理 、 岩 爆对巷道的破坏机理研究 ； 3 岩爆支护理 论研究 ； 4 新型 以护结构 、 材料等 的研究 ； 5 巷道岩爆防治措 施研究 ； 6 岩爆支护安全规 程及 管理措施的建立。 合理选择采煤方法 提高对边角煤的资源回收率 刘东军 双鸭山 矿业集团 公司 安泰煤矿’ 七星矿在 回采西一 区十一层左 五片工作面 时，其 运输 下巷外 部有 1 0 0 m 长 全岩穿层 联络 巷与一 2 4 0水平 全岩 集 中皮带相 连 接 ，在工作面 临近外部停采线 时， 自工作面 下部 向前走向有 8 0 m 长很难采 靠 ， 因 8 0 m 全 岩巷道与工作 面无 法搭接 出货 ， 如工作 面 采用常规调 尾的办法尽量多回采煤 ， 将有 8 9 0 2吨三角煤无法一次 性采出， 使工作面 回采率大幅度降低 。为解决这一难题 ， 根 据当时 现场条件 ， 决定在工作面采 至叉 口 A点 时 ， 将原 下顺槽 中 S G w一 4 0 K W 溜子直接捣入与其相临 的另一条辅助沿煤斜巷道 中，并将 溜子头朝空 区方向铺设 ， 形成倒 拉 ， 并与 下顺槽皮 带尾 搭接好。通 过改变局部运输运 煤 方式 ， 使 8 9 0 2吨三角煤顺 利回收 ， 即提 高 了 回采率， 又获得了可观 的经济效益。 一 、基本概 况 1 、地质 概况该 采面位于 西一 区十一层 左五 片 ，标 高在 一 2 1 0 一 2 4 0 m， 煤层赋存稳定 ， 煤层平均厚度 1 ． 9 m， 倾 角 1 6 1 8平 均 1 7 o ， 煤质 中硬 ， 顶板 为细砂岩 ， 底板 为泥质粉砂岩 ， 低 瓦斯 。 2 、 工作面概况工作面采用走 向长壁后退式 回采 ， 全部冒落 法管理 项板 ， 最大控项距 4 ． O m， 最小控顶距 3 ． 4 m， 循环 进度 0 ． 6 m， 工作面长 1 6 0 m。工作 面采用 Dz 一2 2 单体支柱 配 HD T A 一6 【 型铰接顶梁 支护 ， 采煤机截深 0 ． 6 m， 工作面 设备 见表 1 表 1 如 图 1所示 Am, 耀曩 R一隶 毒l； 图 1 牛l 一 二 、 边 角 煤 回 采技 术 确 定 西一区十一层左 五片工作面原 有回采储 量 1 3万吨 ， 其 中包括 外部 8 9 0 2吨边角煤。 工作面形成后 ， 回采单产最高达 4 ． 6万吨／ 月。 在采至外部 时， 受地质条件所 限， 工作面溜子头在采至叉 口 A点 处煤层逐渐进入巷道顶板 上方 失煤 ， 无法正常回采 。 工作面溜子 头可停止不进 ， 采 用常规调 尾方法 ， 最大 限度地 回收停采 线附近煤 8 0 量 ， 因此， 造 成工作 面不断抻面 、 接板 ， 使辅 助工 作量增 加很多 ， 给 现场管理带来难度 ， 还损失一部 分煤量。 为使边角煤得到一次性 回收，减少煤炭 资源浪费 ，提高回采 率 ， 创 出好的经济、 技术效 益， 对工作面进行 了详细 分析和 论证， 最 后确定采取一条补救措施解决 现场 条件 不足问题 ， 即 在回采面范 围内的一条本层 沿煤巷道中铺一 台 S G W--4 0 K W 运 输溜子 ， 工作 面采到该 处时， 将运煤系统连续化 ， 解决 了工作 面在溜子头失煤条 件 下与原下顺槽溜子 无法搭接 问题 ， 方案实施后 ， 收到效 果明显 ， 实施步骤如下 1 提前补报相关安全技术措 施。 规定 出原有下顺槽 4 0 K W 溜子头 要超前 叉 口 A点 1 0 m 远 ， 待工 作面溜子 头采 到叉 口预定位 置后，立即将下巷 S G W--4 0 K W 溜子捣入 沿煤斜巷 中， 同时将下巷 皮带尾抻 至三 叉 口位 置与新铺 设 的 S GW--4 0 K W 溜 子搭接好。 2 制定 出在 沿煤斜巷 中采取暂时沿空留巷措施， 保证运 输 的连 续化和 系统供 风。 3 沿空留巷支护采 用 D Z --2 5 0 0型单体 柱 配木梁支护 ， 棚距 0 ． 8 m。巷旁 支护 采用空区 冒落岩 石与水泥 沙 浆 配合砌筑成石墙。 石墙宽 2 ．4 m， 全煤 高。 4 对三 叉口要采取加强 支护措 施 ， 加打 木垛、 加备棚子 ， 防止顶板 冒顶 。 5 在回采 边角煤 时， 工作面逐渐缩短。要在检修班做好工作面溜子 分解撤板工作 ， 防止影 响生产班生产。 三 、 收 边角煤 时几点要求 1 、 工作 面采至下巷 三叉 口时， 要 先缩工作面溜 子头到预定 位 置 ， 然后再捣入 S G W--4 0 K W 溜子 ， 随即在抻皮 带尾 ， 三 台溜子 搭 接都集 中在叉 口处 ， 要搭 接好 ； 2 、 在皮带尾 下巷 部先砌筑 好石墙 ， 防止向空区漏风 3 、 沿空 留巷石墙 必须接顶， 接顶保质 保量， 防止漏风 ； 4 、工作 面回撤下来设备和单体支柱要及 时运 出工作面升 井 ， 防止放在两巷中影响通风断面。 四 、 收边角煤效果分析 1 、工作 面局部运输系统调整后 ，工作面可 正常向前 回采 、 推 进 ， 延缓了新面 接续 紧张局面 2 、 工作面不因调 采、 抻面增加劳动强 度 3 、 工作面随采随缩， 面短、 柱 直， 有利于 收尾 回撤 。 4 、 调采时工作面会 出现较大里伪 ， 机组装货 困难 ， 工作 面保持 三直 困难 ， 不利于安 全质量管理 5 、多采 出边角 煤 8 9 0 2 t ，价 值 2 4 9 ． 2万元 1 9 0 mX 3 6 m 2 x 1 ． 9 mx 1 ． 3 7 t ／ m3 8 9 0 2 t 按 2 8 0元／ t 计算 ， 价值 2 4 9 ． 2万元 。 五 、 结 束语 通过上述分析和 实践 证明 认为本工作 面根 据现场条件及 时 采取 了与之相适应 的技术措施 ，使工作 面的边角煤得到一次性 回 收， 经济、 效果 明显 ， 能合理选择采煤 方法来 保证 边角煤 的回收， 是 提高煤炭 回采率 的有效途径之一。 维普资讯