浅析深矿井开采矿压特点及控制技术的研究

朱春闪 赵英明

摘 要：我国是世界上第一大产煤大国，煤炭储量大部分都在千米以下，深矿井矿压给煤矿安全开采增加技术难题。本文主要阐述了深矿井开采矿压显现基本特点，根据深矿井采掘时巷道矿压显现的运动规律，分析控制矿压的基本理论，进而从巷道布置和支护形式上予以对矿压控制，保证巷道使用效率，从而达到经济安全开采的目的。

关键词：深矿井；矿压；巷道布置；支护形式

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0160-02

我国是世界上第一大产煤国家，煤炭预测总储量中73.2%埋藏在1000m以下，地质构造复杂，深矿井开采矿压带来的技术问题日益增多，对当前及今后的煤矿安全生产与建设的影响日益严重。及时解决深矿井开采矿压所涉及的技术性问题，从长远看，它对安全、经济、合理的开发深部煤炭资源具有重要战略的意义。

近年来，煤矿开采规模和机械化水平的不断提高，加速了煤矿开采向深部发展，深井开采矿压控制技术也成为了各采煤国家面临的严重课题。由于不同的产煤国家煤层赋存状况千差万别，以及深部开采出现的问题程度不一样。因此国际上也无统一深矿井的划分标准，我国对矿井开采深度的分类如下表1所示。

1 要想解决深井开采矿压问题，必须掌握深井矿压显现规律

1.1 深矿井开采矿压显现的基本特点

（1）地压增大，岩石破坏过程强化，巷道围岩变形加剧，冲击地压强度增大和频度增加。

（2）围岩在高应力的作用下，移动更加剧烈，巷道产生变形和破坏更加严重，变形速度快、变形量大，巷道周边变形范围扩大。

1.2 深矿井巷道矿压显现特点

（1）巷道掘进初期变形速度快；

（2）变形趋于稳定的时间长和长期蠕变；

（3）巷道底鼓量大；

（4）冲击地压发生的频率和强度增大。

1.3 巷道隨着开采深度的增加变形一般规律

（1）研究表明，随着开采深度的增加，巷道变形量呈近视线性关系增大，从600m开始，开采深度每增加100m，巷道顶底板移近量平均增加10%～11%，如下图1所示。

（2）开采深度每增加100m的巷道变形量与岩体强度有关。如下图2所示。

1.4 深井巷道变形速度规律

如图3所示。

观测巷道为赵各庄矿13水平东翼阶段运输巷，埋深1159m，围岩为煤至半煤岩，锚喷网支护。

（1）巷道围岩破裂区的形成经历了一个时间过程（此时间过程的长短与围岩破裂范围即破裂区厚度有关）；

（2）深井巷道围岩破裂的发展速度在巷道刚开掘时较快，以后逐渐衰减，直至破裂区完全形成。

2 矿压控制的基本原理

抵抗矿压：

（1）主动抗压。是根据锚杆或锚索的支护原理，使巷道开挖后的围岩通过悬吊、组合、楔固、挤压加固的作用；注浆适用于结构裂隙多的松散岩体，深入岩体内部，提高岩体的整体性，发挥岩体主动支撑能力，达到抗压作用。

（2）被动抗压。采用提高支架的支撑能力或支护密度，从而去抑制或减少围岩移动。

1）忍让抗压。在采用适当的支护措施和支架本身不遭受严重损坏的前提下，允许围岩有一定的变形，释放掉围岩一部分压力。

2）躲避矿压。将巷道布置在围岩应力重新分布的岩体内或卸载状态的低应力区，从时间和空间上躲开高压力的作用。

3）转移矿压。用人为的方法使巷道围岩受到松动，形成卸载槽孔或其它形式的卸载空间，迫使载荷转移到较远的地点，达到减压的目的。

3 根据矿压控制原理，采取切实可行控制技术措施。

3.1 优化巷道布置

采准巷道的布置应避开煤柱集中应力、构造集中应力、采动应力的影响，选择在岩性较为稳定的岩石中。深部采区主要准备巷道应以岩巷为主或至少布置一条岩巷。随着开采深度的不断增加，回采工作面推进后煤体塑性区增加，致使区段煤柱留设宽度随之增加，为保证采区回采率，减少巷道维护，工作面回风（运输）平巷宜采用无煤柱护巷形式。回采巷道布置的方位应使工作面离开断层推进，使采区一翼内工作面同向推进。避免巷道相向掘进和巷道近距离平行布置，减少相交巷道（或避开锐角），从而减小应力集中，减少冲击地压的危险性。

3.2 改革巷道的支护形式

对国内外大量深井开采矿井的研究表明，布置在中硬以下岩层的巷道变形破坏严重（特别受采动影响后），当采深在800-1000m以上时，在中硬及中硬以上岩层内布置的巷道，若采用传统的支护方式，巷道维护仍然很困难。巷道支护必须满足既能加固围岩又能提供较大的支护力、具有较大的可朔缩性和一定的初撑力等要求，根据围岩状况和巷道条件，采用不同的支护形式。针对深井巷道矿压显现特点及支护工作经验的总结，经分析支护上采取的控制措施有以下几方面。

（1）在开拓巷道中，稳定或较稳定的围岩中，以锚网喷结构支护效果很好，在不稳定和极不稳定的围岩中，宜采用锚网喷加支架的联合支护，起到很好的抗压作用。

（2）在采准巷道中发展多种形式的U型钢可缩性金属支架，是解决围岩高应力、大变形的有效支护形式。提高支架架设质量，严禁空帮空顶，提高支架受力状况。根据巷道围岩的实际情况也可采用U型钢可缩性金属支架加喷浆的联合支护，达到抗压的目的。

（3）深矿井回采巷道顶板受矿压影响多数较为破碎，宜采用锚网加可缩性金属支架（U型钢）或锚带（梁）网适当加锚索的联合支护；单一的U型钢金属支架支护应加大支护密度，提高支架强度，合理选择支护参数，加强质量管理。

（4）回采工作面开切眼矿压控制，应采用锚带网加支架（工字钢梯形棚或矩形棚加单体支柱）联合支护，一次成巷，避免分次支护，刷大断面时造成冒顶事故。复合顶板时锚网带要紧跟掘进工作面，避免复合顶板离层，保证作业者安全。

（5）底鼓巷道的控制，宜采用马蹄形、圆形、方（长）型可缩性金属支架的支护形式，根据具体情况选用哪一种支护，可有效控制底板压力造成的底鼓。

深矿井开采地质条件更加复杂，灾害更是俱全，本文只是根据自己在煤矿多年工作的实践经验和在书本上所学，对深矿井开采矿压造成的影响以及在不同巷道条件下采取如何控制矿压的措施作以分析和总结，希望能在今后的矿井安全开采中能够起到一定的积极作用。