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1煤礦深部開采巷道圍巖

圍巖是指巷道或者隧道周圍特定的范圍內,影響洞身穩(wěn)定的巖(土)體。在煤礦深部開采中,巷道圍巖存在著一些特點:⑴巖體強度會隨之逐漸減小:當在煤礦深部掘出巷道之后,巖體強度將受到影響而逐漸減小,使巖石發(fā)生軟化現(xiàn)象,增加了圍巖的破碎程度;同時煤礦深部的巖石已經(jīng)承受強壓力、高溫等現(xiàn)象很長時間,巖石便會發(fā)生強烈的裂隙現(xiàn)象;煤礦開采會使巷道圍巖產(chǎn)生一定的卸壓狀況,進而產(chǎn)生多且細小的裂隙,造成巖體破碎狀況,使其由硬變軟;⑵巷道會隨著開采的范圍逐漸松動擴大:煤礦深部開采,會使巷道圍巖逐漸軟化,巖層呈現(xiàn)破碎形狀,伴隨著開采的逐漸深入,巖石破碎的范圍會隨之增大,并且松動時間會增長。

2煤礦深部開采巷道的圍巖控制策略

2.1通過改變圍巖的力學性能來控制

煤礦深部開采時圍巖一般出于埋深較大的地方,在它水平及垂直方向會產(chǎn)生較高的應力,此應力將對圍巖產(chǎn)生巨大的影響,只有采取注漿加固的策略,才能穩(wěn)定圍巖,增加圍巖的承受能力。而將加固巖體與錨桿連接成一個整體,就能增強圍巖內的錨桿產(chǎn)生的錨固力,以防在發(fā)生變力使也不會出現(xiàn)狀況。

2.2通過強化圍巖約束力來控制

強化支護體強度,可以避免發(fā)生危巖,而一旦發(fā)生危巖,支護體也會阻止危巖擴大或蔓延。增強約束力的支護方法是,可在巷道圍巖下用強度很高的錨桿和鐵網(wǎng)、錨索和梁四者聯(lián)合支護,對圍巖力學的性能進行改善,從而增強了圍巖的約束力,限制了破碎區(qū)縱深發(fā)展的趨勢。

2.3通過合理地規(guī)劃巷道開采來控制

煤礦深部開采的巷道則要合理地進行規(guī)劃布置,一般設計在有較強穩(wěn)定性的巖層內,并且巷道的方向必須保持與圍巖破碎區(qū)最大主應力相一致;盡量避開上部開采之后遺留的煤柱對巷道的影響,因此可先進行上部煤層開采或者跨巷的回采等策略;可把巷道布置于采空區(qū)下,避免開采時引起支承壓力發(fā)生的劇烈作用;而且巷道應與煤柱邊沿間隔一定的距離,以防止兩條相近巷道會產(chǎn)生影響等等措施來進行控制。

2.4通過降低圍巖承受的壓力來控制

降低圍巖承受的壓力,也就是將巷道和附近承受的載荷力轉移到離巷道較遠的地區(qū),達到降低巷道承受的圍巖應力的目的。而采取的巷道卸壓技術,則能對承受的壓力進行減少,主要采取的策略是打卸壓孔(松動爆破),卸載圍巖承受的壓力。一般采用的卸壓方式有:深孔爆破是依據(jù)圍巖力學而成,將集卸載和加固相結合,是一種較理想的卸壓方式;而巷幫卸壓則需要以巷道兩幫為基石,在其兩幫各自打造一個卸壓孔進行卸壓;工作面進行卸壓:通過迎頭瓦斯排放孔人工制作一條高壓的水射流形狀的割縫,并且在鉆孔兩側開鑿一條較深的呈扁平形狀的縫槽,對鉆孔附近煤體進行局部卸壓,以達到將迎頭頂板壓力卸掉的目的。

3煤礦深部巷道支護的具體技術

綜合現(xiàn)在巷道支護的方式,常用的有錨桿支護、錨索支護、棚子支護、聯(lián)合支護等,針對煤礦深部巷道情況,采取的支護技術有:

3.1高阻讓壓形式的錨桿支護

煤礦深部出現(xiàn)較大壓力,并且發(fā)生變形是常見現(xiàn)象,而將樹脂藥卷充分利用在支護桿上,對其進行適當?shù)募娱L錨固和大伸長的量、高阻力的具有抗破斷錨能力的桿,使高阻讓壓的支護得以實現(xiàn)。為圍巖提供大量的支護阻力的是高阻即錨桿,支護阻力能讓塑性區(qū)的發(fā)展得到控制,同時使塑性區(qū)的流變速度降低,因此,支護阻力提高能明顯減小圍巖的變形。錨桿支護中一定會用到錨桿,而錨桿的構造是比較復雜的(見圖1),需要精確的計算和合理的搭配,才能支撐過重的壓力。錨桿的構造圖中,1代表建筑物,2代表腰梁,4代表墊板,5代表臺座,6代表托架,7代表套管,8是錨固體,9代表鋼拉桿,10代表錨固體直徑R,11代表拉桿直徑R1,12代表非錨固段長L1,有效錨固段長L2,錨桿全長L。頂板支護指的是頂板支護適用于煤礦深部開采,由于巷道頂板存在穩(wěn)定性差的特點,避免其出現(xiàn)頂板離層,最好是用樹脂藥卷實行加長的錨固和高強度類型的錨桿支護形式,讓頂板的穩(wěn)定性更強。同時頂板支護后,能增加頂板巖層自身強度、剛度,故避免了頂板下沉量太重的情況發(fā)生,使巷道頂板整體的安全指數(shù)不斷上升。同時,也可將能承載較高預應力的錨索,與下部錨固的頂板相連,并穩(wěn)穩(wěn)固定在上部的巖層內,以達到增加頂板安全性及可靠性的目的,最終完成頂板支護。兩幫支護指的是在支護過程中只用樹脂藥卷,對錨固進行加長,并使用高強度類型的錨桿支護著兩幫,此種方式產(chǎn)生的支護阻力比較大,能控制兩幫破碎區(qū)區(qū)的進一步發(fā)展,也使塑性區(qū)流變速度降低,并且當兩幫出現(xiàn)較大變形時,該支護也能適應[1]。

3.2超前鉆孔的應力轉移技術

煤礦深部開發(fā)中,存在復合頂板、巷道的埋深大、圍巖的強度小的特點,在掘進后和錨桿支護前,頂板就已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的離層和下沉,快速衰減了頂板的承載能力,使巷道維護的難度增加,只有結合瓦斯的抽放,在掘進迎頭的前方煤層內布置鉆孔,在抽放瓦斯的同時,也將掘進而出現(xiàn)的支承應力的峰值轉移到深部,降低了巷道的迎頭應力,減少了無支護的空間頂板發(fā)生離層和下沉的機率。巷道迎頭的超前鉆孔的布置[2]。巷道迎頭進行鉆孔后,應力峰值的位置便會隨著鉆孔長度的增加而明顯地轉移至深部,鉆孔的長度大于12m后,峰值位置與巷道表面之間的距離就會減小,確定鉆孔的長度10m,并且每掘進5m,便鉆1次孔。

3.3兩幫與底角的加固技術

如果工作面的兩巷設計成梯形巷道,其注漿孔的平面布置圖如圖3,煤礦深部的兩幫是強度相對較小的煤層,底角也是這樣,對煤礦深部進行掘巷之后,圍巖一般是從兩幫、底角進行破碎,并且逐步蔓延。因此,對于煤礦的兩幫、底角處需進行一定的注漿加固技術,而注漿孔的平面布置必須合理,并且間隔必須均勻,如圖2所示。一般采取錨桿支護,是為了防止破碎區(qū)不斷擴大;對圍巖的兩幫、底板進行加固,主要使用的材料是高水速凝性質的,此種材料能大大提高錨固力,防止兩幫不穩(wěn)定而發(fā)生移動[3]。綜上所述,煤礦深部開采具有其他開采所不具備的特點,針對這些特點要進行相應的支護加固技術,不然將會影響到煤礦的進一步發(fā)展。而對于深部開采中圍巖的控制,已經(jīng)成為降低安全隱患,提高煤炭的開發(fā)率的重要前提。

本文作者：趙先祥工作單位：貴州省盤縣安監(jiān)局羊場安監(jiān)站