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浅析巷道维护在软岩井巷治理中的作用

2019-10-23王继元

中国新技术新产品 2019年15期
关键词:软岩

王继元

摘  要:在煤矿施工中,经常会遇到松软岩层井巷支护的问题,巷道维护影响着软岩矿井的生产。文章结合煤矿操作工程实践等进行了软岩巷道矿压变形特征、显现状况的分析,提出巷道维护可有效抵制二次来压,提高围岩应力的均衡效果,降低与膨胀引发作用力正面对抗的概率。实践经验表明,巷道维护成本明显低于一次永久支护成本。

关键词:软岩;巷道维护;井巷治理

中图分类号:TD353                文献标志码:A

0 前言

对于矿井作业而言,松软岩层井巷支护处理始终是较难解决的问题。虽然该行业经过长期分析和实践,得到了适应多种形式软岩巷道的支护方法和施工材料,但是由于松软岩层存在风化膨胀、变形快、松散性强等特殊属性,导致支护方法、支护材料的作用大打折扣,事故概率较高,借助上述支护仅可相对延长安全使用时间,无法达到永久性防护的效果。为了对空间断面进行长期安全作业,必须加强软岩巷道维护工作的分析和应用。

1 软岩巷道的变形特征

该文借助某典型三软岩层矿井进行分析,该煤矿含煤层主要包括泥岩、黏土等物质,内部含有高岭土、蒙脱石等成分。岩层强度差、稳定性低、结构较为松散,一旦发生围岩暴露极易产生风化、受潮、膨胀等后果。受岩层构造影响,该煤矿的巷道支护存在极大困难。结合矿区实际状况进行总结,一般状况下,软岩巷道的破坏变形特点如下。

1.1 围岩变形具有时间效应

围岩变形一般具有较为明显的时间效应,具体表现为:来压快、持续时间长,无法在短期内达到稳定状况。其整体变形周期大概可分为3个阶段:急剧变形期,巷道开掘后,岩体结构随之发生改变,主要以膨胀为主要形式,岩体的可塑性较强,变化较快,一般形式的支护结构是无法抵抗该阶段变形所带来的破坏效应。衰减期,经过上述迅速变性后,围岩容易形成塑性圈,其压力降低明显,巷道变形趋势下降。稳定期,当围岩结构逐渐形成塑性圈后,压力会逐渐移至岩层深部区域,此时巷道便进入了稳定变形期。

1.2 抗震效果差

围岩结构一般抗震效果差,对外界机械振动、采动等具有较为敏感的反应。受岩层结构松散性较差影响,其变形区域会相对较大。如果巷道周边进行新巷道的开挖,或者巷道距离开采区距离较短时,极易导致该巷道的平衡性受到威胁,此时岩层应力一般会重新分布。巷道必须进入一个新的稳定周期。煤矿施工作业中,即使增加煤柱高度,当采区某一工作面进行回采后,都会对巷道造成一定影响。

1.3 深度增加导致地压增大

开采深度增加,围岩应力作用便会显著增加,进而容易引发较为强烈的变形。当煤矿地质条件、层位大体一致时,增加深度140m,并在大巷区域借助半圆料进行支护,至一水平位置为止,一般不会发生较为明显的破坏性作用,变形危害较低。但是当深度增加至300m位置后,大巷道区域即使采用全封闭圆碹支护,也容易发生明显的破坏性变形,巷道未投入使用就需要进行多次返修处理,维护工作量较大。

1.4 井下水对巷道矿压的影响

由于软岩遇水发生膨胀、泥化,这一特点导致有水巷道区域会发生较为明显的矿压效应,与无水巷道相比,前者变形幅度更大。长期受地下水浸湿,或者地表水流通的巷道,更易发生变形,变形的代表性特征为:底鼓、两帮区域会发生明显位移,同时这个过程是一个连续性的动态变化过程。

2 巷道维护对软岩矿井稳定运作的重要价值

受软岩巷道变形、矿压显现等属性影响,一般在软岩巷道开挖作业起,其发展便处于一个动态、变形的过程,同时上述变形作用一般与周边环境状况息息相关。为此,在巷道支护处理中,必须加强阻力作用、破坏效果及二者关系的合理分析。加强巷道维护时机的考虑,及时进行支护阻力的强化处理,避免支护强度不足等引发的变形。如某煤矿采区作业中采用料石砌碹支护,支护中首次压力并未完全释放,相关作业人员放松了巷道维护的关注度。当采动作用力发生后,巷道岩层发生了较为明显的变形,料石碹顶部、拱部发生了压碎现象,同时周边区域向巷道内移趋势明显,断面区域明显缩小。该煤矿后续作业中,受应力影响断面仍继续缩小,导致的后果是运输无法按照预期要求进行,迫使开采面作业提前撤出。同时输送机的机头无法取出被迫遗留在巷内区域。受上述案例影响,该矿区针对新开掘带式运输巷道进行处理中,首次压力释放后便进行了新应力状况的核查、控制,结合地段差异等进行了挂钢筋、混凝土喷射施工等操作。由于巷道維护及时,经回采面动压作业处理后,对其进行了局部加固处理,目的在于保证带式输送机的稳定工作效果。综上所述,必须保证巷道维护的完整性,抓紧时机对其进行有效处理,保证达到新的应力平衡效果,避免巷道变形等引发的负面效应。

此外,部分矿区在投入运行开采后,岩层的软弱性有所增加,这对巷道维护工作而言,显著增加了其工作难度、工作任务量,从保证矿井正常开采出发,部分矿区还需在投运后进行维修团队的组建,实施巷道二次维护。从中可以看出,软岩矿井中的巷道维护对矿区正常运作而言是关键工序。未经长期连续处理的巷道维护会导致后期煤炭产量的不可控性。

3 巷道维护可抵抗二次来压作用力

合理有效的巷道维护,可显著抵抗二次来压,从而保证围岩应力的平衡效果,降低巷道破坏等引发的负面效应。一般状况下,巷道施工后,新围岩作用力如果超过其强度,会显著增加岩层松动状况,松动层的扩散会导致围岩变形问题,且该变形影响作用会不断扩散。另一方面,松动圈作用力大于支架应力的状况下,巷道还会产生程度各异的破坏现象。当压力释放后,或者巷道受外界作用刺激形成新的应力作用时,便及时进行巷道维护工作的开展,则其变形概率会显著降低;倘若不能及时对其进行处理和控制,极易导致巷道变形、破坏,严重时会导致巷道报废。洼东地区某煤矿在开采后期,正处于项目末期阶段,相关人员存在一丝侥幸,并未对松动圈的应力作用进行及时处理,维护支撑作用不强,最终结果导致松动圈的负面作用显著增加,应力作用下导致巷道发生了较为严重的局部变形,并最终导致巷道塌落的结果。倘若在巷道初次泄压后便进行有效干预,借助巷道维护进行处理,整个项目工程可能会如期进展。

回采面推进中,采场顶板岩梁一般会对支柱、矸石等起到支撑作用。塑性梁、弹性梁也会将自身重量传递给巷道支护体结构上端。必须及时对巷道支护进行保护和支护处理,保证其达到应力平衡状态,降低巷道塌落概率。

4 巷道维护对企业经济效益的积极影响

软岩巷道维护管理中,其主要目的是有效处理围岩变形作用下的膨胀里,将其控制在一定范围内,并借助巷道维护对其进行有效处理,提高围岩应力的均衡效果,保证整个巷道的完整性、稳定性。由于巷道维护降低了膨胀压力的通,使该方法与永久支护相比成本明显下降。

当下大部分企业管理中,一般不会选择费用过高的一次性永久支护处理方法,多是依靠巷道维护进行处理,这是软岩矿井处理中的常见方法,经济效益显著。为此,加强巷道维护在软岩工程处理中的重视度,积极推进巷道维护相关工作的开展,是保证矿区稳定效果的必要途径,对矿井长期安全生产作业、提供企业经济效益而言起到了保障性功效。

参考文献

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