对深矿井开采的矿压控制问题探索

【摘 要】 对于那些埋藏在距离地表较远的煤炭，需采取深矿井开采的方式对其进行开采。然而，由于深矿井开采需要承受较大的地压，使巷道从掘进到报废会出现较大的变形和破坏，因此，要想顺利的完成深矿井开采任务，应深入了解深矿井地压规律。只有这样才能使巷道得到科学的布置、支护和维护，从而使深矿井开采工作顺利进行。

【关键词】 深矿井 开采 矿压 控制

在进行深矿井开采时，由于需要承受较大的地压，所以会使巷道在使用过程中受到变形与破坏。一旦巷道受到破坏以后，就需要对其进行反复的维修，确保采矿的顺利进行，这样便会造成高额的维护费，若是维修得太过频繁甚至会高出掘进费。这种情况在深矿井开采也很常见，若是巷道的维修费远远大于掘进费，对开采工程的经济效益的提高非常的不利。因此，在开采工程进行前，一定要熟知深矿井地压规律，这样才能使巷道得到科学的布置、支护和维护，从而使深矿井开采工作顺利进行。

1 深矿井开采的矿压特征

（1）巷道周边围岩变形速度快、变形范围大以及变形量大。巷道围岩的岩性会对巷道周边围岩的形变产生极大的影响。一般来讲，随着开采的深度的增加，岩性则会慢慢产生变化，然而，较大的岩性差异会使巷道围岩产生较大的变形。比如，对于有些巷道（如软岩巷道、煤层巷道等）来说，不管是巷道掘进还是巷道的维护都非常的困难，有的甚至在掘进后就变成了废弃的巷道。随着矿井线深部的不断延续，煤柱下方的多数巷道围岩还会产生更多的变化，流变速率不断增加。

（2）采煤工作面的进一步开采，使巷道围岩变形进一步加剧。若是开采的影响范围越大，那么产生的影响也就越大。对于深度开采来说，通常会增设许多的巷道保护煤柱，以实现对巷道的保护。然而，其中许多的保护煤柱不但没有起到对巷道维护作用，还会产生一些负面的影响。要想将巷道建设好，就必须充分考虑到支架的初撑力、工作阻力等因素，才能满足巷道对支架的工作特性的高要求，要完全利用支架来防止巷道围岩变形是不现实的。

（3）巷道维护易受巷道布置、开采顺序以及开采边界条件的影响。开采深度对巷道影响实质上就是应力对巷道围岩的影响，随着开采深度的增加，原岩应力不断地增大，而且相比于原岩应力，巷道围岩实际承受的应力还要大上许多。在深度开采的过程中，由于会出现来自各个方向的支承压力，比如前支承压力、侧支承压力等。这些支承压力会给设置在本煤层中的采巷道产生较大的影响。通过衰减和扩展的规律，我们可以了解到在煤层底板岩层中，各种支承压力会在其中传播，而且随着开采边界的逐渐形成，布置在煤层底板岩层中的许多的巷道还会不同程度地受到前支承压力和侧支承压力的影响。一般来讲，侧支承压力会对巷道围岩产生长时的影响，相比之下，前支承压力给巷道围岩带来的则是短时的影响。影响巷道围岩的变形破坏除程度的主要因素是围岩的应力和围岩的强度。较高的围岩强度可以有效地防止巷道围岩的破坏。

2 对矿压控制的一般措施

2.1 巷道布置控制

在深度采矿中，必须抓好巷道布置，具体实施中应掌握好以下三个要求：其一，在开拓巷道以前，应对岩石力学性能进行考察，当性能达到要求以后再进行建设。力学性能好的岩石应具备岩石强度大、破坏小、弱面少等特点；其二，为了确保巷道的畅通，应将其建筑在受采动影响小的位置。这些位置主要是位于采空区下方，应尽量在采空区冒落矸石中成巷，有意增大大巷或上山与煤层底板间的垂直距离；其三，缩短巷道服务年限。主要的措施包括：（1）采用区段集中平巷，而分煤层或是分层平巷则选用超前平巷。这种方法一般较少地使用于浅部开采中，但是却适用于维护困难且维修费用较大的深部巷道。（2）减小工作面推进跃度。（3）采用前进式开采。

2.2 巷道支护控制

对于深度开采来说，巷道支护结构的建筑非常关键，应满足以下技术要求：其一，支护必须足够的强大，才能抵抗高地压；其二，必须具备较好的可缩性能，才能适应围岩的较大的变形；其三，应具备良好的封闭性能，才能有效避免底鼓。就以上三点要求来看，一般单一品种的支架很难全都满足，因此，在高地压区或软岩巷道，巷道支护结构往往会选择多种支架共用的复合型结构。通过了解我国的煤矿挖掘，不难发现圆形断面的巷道使用较少，这是由于这种巷道断面不具备较高的利用率，而以锚杆或拱形可缩支架为主体的复合支护结构则应用较广。

2.3 巷道维护控制

2.3.1 卸压法

卸压法主要包括超前导硐、钻孔卸压、爆破卸压以及宽巷卸压四个方面，下面将这四种方法进行简单的介绍：（1）超前导硐。具体操作是先在大断面巷道中凿开一个小断面导硐，然后再将导硐向设计断面进行扩大。这种方法是利用导硐释放围岩压力，而使成巷后支架的受力得到有效地减少的。这种方法的泄压效果较好，有益于后期的巷道维护，而且也几乎不需要花费什么费用。（2）钻孔卸压。具体操作是在围岩中打钻孔，利用钻孔变形的方式实现卸压。这种方法不但能够有效地减小巷道底鼓、两帮移近量，而且也非常有利于击地压的减少。但是，这种方式存在工作量较大、费用较高以及耗工耗时等缺点，制约了这种泄压方式的发展。（3）爆破卸压。其原理是利用爆破松动围岩，从而实现卸压。这种泄压方式在常用间的是底板卸压，具体操作是距离巷道掘进工作面不远的后方，由底板向下打一组钻孔，然后向其中装入炸药进行爆破，以实现底板的卸压。因爆破而形成的松动区可以有效地吸收和减缓了外力对底板产生的作用，使巷道底鼓量得到相应的减小。这种泄压技术的重中之重在于爆破参数的确定，爆破参数主要包括钻孔深度、钻孔直径、装药量、钻孔的方向以及钻孔间距等。围岩条件不同，相应的爆破参数也不一样，因此，必须在采用矿井时逐个进行试验论证。这种泄压方式具有操作简便、费用较低的优势，只要爆破参数选择合理，一般都会收到良好的卸压效果。另一种爆破卸压的形式是在工作面向前方进行钻孔，不同于底板卸压，这种方式属于超前卸压。（4）宽巷卸压。具体操作就是使掘进的巷道宽度较使用宽度大一些，这样多出的宽度可自由变形，而且巷道宽度增大，也会使支架受力得到增加。对于底鼓和两帮移近量大的巷道来说，采用这种方式会获得较好的卸压效果。

2.3.2 围岩加固法

为了提高围岩的自支撑能力，常常会采用一些围岩加固方法，包括械加固和化学加固两种。对于机械加固法来说，锚杆是最为常用的。所谓的化学加固，实质上就是在围岩裂隙内注入一些化学材料，当它们凝固以后，便能和围岩黏结在一起，从而实现加固目的，常用在围岩裂隙发育的巷道之中。常用的加固材料主要包括水泥浆、聚氨酯以及合成树脂等。这三种材料中，水泥浆成本较低，但是加固效果却不理想；聚氨酯的加固效果最好，但是成本却较高；合成树脂的成本与加固效果皆在水泥浆和聚氨酯之间，是使用较多的化学加固材料。

3 案例分析---某深矿井开拓和准备巷道矿压显现与控制

具体的深井开拓中对矿压的控制，以下面的具体实例给予分析。由于受到矿压的影响，用于深度采矿的巷道必须布置于高强度、大厚度的整体性的岩层之中，而且还需与首采煤层保持一定的垂直距离。一般来讲，当进入深部开采以后，布置在砂岩中的采矿巷道应与首采煤层保持35至40米的垂直距离，可能由于开采深度的加大或是岩性的改变等原因，还需进一步加大垂直距离。当垂直距离增大到一定值以后，就应着重考虑岩性。当对煤层群进行开采时，则应建立应用集中大巷。考虑到准备巷道服务的时间不长，因此，可稍微放宽巷道与煤层间的垂直距离和对岩性要求。对于那些承受压力较大的巷道，应采取崛前预采、泄压等方式，减少压力对巷道的破坏。此外，也可采取锚喷类的支护方式，使围岩本身的力学性能得到一定的改善，给围岩周围带去一定的初锚力。一般来讲，锚索的支护效果较好，这是由于它能在较大范围的使围岩的力学性能得到改善。这种支护方式可以用于那些跨度大、难维护的重点部位。若是采用锚网支护的话，那么便会具有较强的抗动压特性，这种支护在深部巷道成巷时应用较广。此外，在实际的防护工作中可以充分地利用U型钢支架，其具有较大的可缩量，因此能在深井巷道的支护中起到显著的作用。

4 结语

在深度采矿的过程中，必须注重巷道矿压的特点，其中最为显著的便是从其开始挖掘起，巷道就产生较大的收敛形变。这一特点主要取决于煤矿深井巷道围岩的受损状态。随着开发深度的增加，使冲击地压的频率逐渐增加，而冲击强度也会显著增大。这种因深度开采而导致的冲击地压的问题，更为突出的表现在岩体强度较大的矿山。此外，在深度开采的过程中，应避免相向的掘进煤矿深井巷道，还需避免出现较多相交的煤矿巷道，这样能够使巷道受到较小的应力，以便使冲击地压得到有效的控制，使危险性得到降低。

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