煤矿回采巷道矿山压力控制及支护技术研究

2021-12-26米飞李腾跃

科学与信息化 2021年11期

米飞李腾跃

1.四川省川南煤业有限责任公司鲁班山北矿四川宜宾 645251；

2.四川省川南煤业责任有限公司四川泸州 646000

引言

由于煤矿开采作业不可避免会破坏和影响地层结构，增加开采作业中的安全隐患。为了预防上述问题，就需要在开采作业中做好回采巷道矿山压力控制工作，分析其与岩层分布、应力大小以及分布条件之间的联系，指导后续开采作业的开展，掌握岩层运动规律以及出现应力问题的原因，通过相应支护技术的应用来保障煤矿开采作业安全。

1 煤矿回采巷道矿山压力控制

所谓的回采巷道矿山压力就是其上方岩体对回采巷道所造成的压力，其受到岩层运动条件的直接影响，且此压力的大小以及分布情况也会对后续开采作业和压力控制工作产生直接影响，如不有效控制容易造成顶板坍塌事故等。这主要由于岩层运动会对应力场的应力大小造成破坏而影响回采巷道的整体结构安全性与稳定性。比如在同一个时空下受到岩层运动和破坏的影响会出现新的转换形态等[1]。

2 回采巷道矿山压力的分类

回采巷道矿山压力，首先是原始应力场中的巷道。针对此种环境下对井下巷道所造成的较大影响，在原始应力场下开展巷道开挖作业时，按照不同特征将此种压力分为以下两种：一种是针对岩石层下方的巷道，受到岩层重力应力场的影响会对巷道造成较大的危害。二是在环境发生改变时会改变岩石层重力及其对巷道稳固性的影响，加之受到其自身承重力和结构作用力等综合应力影响，也会出现参与结构的应力场环境。其次是在井下开展机械作业时会导致井下巷道压力的增加，尤其是在深入巷道内部开展挖掘和开采作业时，会对巷道内部岩石层造成破坏并改变井下岩石层结构状态，基于上述情况也会改变巷道内部应力以及内部压力环境。最后是在巷道开采作业中会在采掘位置需要支撑力，这就需要通过支撑部件的应用来支撑巷道内部空间，但是在岩石层重力的影响下，会使得巷道壁周边作用力的增加，使得其周边围岩的压力较大，此应力会随着支撑面积的增加而增大[2]。

3 煤矿回采巷道矿山压力的控制技术要点

在开展矿山支护作业之前，需要了解巷道矿山压力变化情况并确定压力场控制以及巷道开采时间。因此在内应力场形成前期以及后期要做好支护设计工作，对于前者来说，就是在巷道原有压力的应力下，开采作业会直接影响开采空间，扩充开采空间，推进后续工作开展，为此要采取工程类比的方式开展煤帮加固工作。在此压力控制工作中，先要对巷道挖设位置进行明确。也就是基于对内外应力因素进行确定之后，明确应力场位置以及巷道挖设位置，设置在二者结合点来防止受到岩石重力和巷道内壁支力的影响。此外，针对内应力场形成时在矿山压力影响下可能会对煤层造成的变形或压缩等问题，表现在出现压缩或变形时会改变压力的特点，进而形成内压力[3]。

4 煤矿回采巷道矿山压力控制与支护技术措施

4.1 巷道挖掘位置的确定

在开展巷道挖掘作业之前，需要对挖掘区域开展探测工作来确定此区域的应力场大小。在此过程中需要对应力场的位置和影响范围进行初步确认，然后在巷道挖掘作业中对挖掘位置问题进行全面分析和研究，防止内外应力对挖掘作业产生负面影响。因此要结合内外应力场的结合点对巷道开挖位置进行确定，保证在此位置开展挖掘作业时受到较小的岩石重力以及巷道内壁支撑力作用。同时还要适当扩大预留煤柱的宽度，不仅可以实现外部压力因素的降低，而且可以在巷道使用完成之后对其进行回收再开采作业，实现煤炭回采率的提升，保证煤矿回采作业安全。

4.2 巷道挖掘时间的确定

由于煤矿回采作业比较依赖机械设备，但是在使用机械设备时容易对巷道内部岩石层环境以及井下作业的应力场环境造成改变。为此，要对现有应力场环境开展监测工作，在此基础上对井下机械作业时间和推进速度进行科学计算，合理确定挖掘时间，预防上述问题，保障作业环境的稳定性。

4.3 锚杆支护参数的确定

锚杆参数的确定需要依据围岩性质和稳定类型等因素来选择和确定，比如对于松动圈围岩来说，此种围岩具有较小的自重，难以发挥锚杆在围岩上的作用。针对此类围岩则无须采取锚杆支护措施，仅需要采取喷射混凝土的方式进行支护。在此支护技术应用中需要厚度混凝土喷射厚度为20cm以下。而由于围岩条件处于中等稳定状态时会出现显著的碎小与胀裂问题，增加出现巷道岩体裂缝的概率，需要通过锚杆的应用来防止上述变形问题。也就是在松动圈之外固定锚杆时，将此锚固段设置在塑性区中，结合悬吊理论来确定锚杆参数，发挥其拉伸、挤压与加固等作用。

如果巷道中的岩石松动圈在1.5m以上，则会引发岩石的较大变形问题，针对此问题则需要增加支护强度并控制支护的可塑性。针对此问题，则应采取锚喷网支护结构，确定锚杆参数的方法同上。由于松动圈的厚度较大，因此所用锚杆的长度也需要相应增加，这也增加了安装难度，容易由于拉力加大而影响锚固效果。而针对层状结构的岩层，需要在坚硬岩层中设置锚固点，并且在巷道表面设置金属网，通过喷层处理来提升支护效果。