概述煤矿回采巷道矿山压力控制与支护

摘要：我国是煤炭产业大国，随着煤炭产业的发展，矿山开采深度不断增加，巷道开掘支护费用也随之增长，维护条件不断恶化。发展和完善巷道矿山压力控制理论和支护技术已是煤炭高产、高效的关键。本文对煤矿回采巷道矿山压力控制与支护类型和选型进行了阐述

关键词：矿山压力，回采巷道，控制，支护

中图分类号：X752 文献标识码：A

引言

要保证煤炭开采的高产高效，回采巷道压力控制与支护至关重要。回采巷道矿山压力控制的关键，首先在于搞清随采场推进、围岩运动和应力场发展变化的动态规律，建立起符合客观实际的采场围岩结构动态力学模型.以此作为基础，正确的选择回采巷道开掘的位置和时间，建立相应巷道结构动态力学模型，解决巷道支护工艺设计方面的问题。

2、煤矿回采巷道矿山压力定义

煤矿回采巷道矿山压力就是回采巷道上方山体或地面对煤矿回采巷道顶壁的作用力。煤矿回采巷道矿山压力控制与岩层运动、应力场应力大小、应力分布条件等有着紧密的联系。某些顶板垮塌事故都是与顶板运动遭到破坏而直接具有关系的，其直接原因是相关的岩层运动破坏的范围及破坏后有无内应力场等支撑条件都与采动后重新分布的重力应力场的两个因素密不可分，这两个因素是悬露岩层的重力和煤层上的支撑压力。所以说，在一定采动条件下，岩层运动和破坏的结果就是应力条件的实现。在这个时空下相对静止的应力场，如果有一个新的转化状态，都是因为岩层的运动和破坏而发生的。

在煤矿回采巷道支护的研究和发展方面，它是以“采场结构力学模型”的动态发展规律为核心，该模型推动了控制与支护选型计算理论体系的建设，系统的解决了在不同时空条件下，内应力场开掘和维护巷道支护科学定量设计研究。第一、完成了上覆岩层运动决定的内应力场范围的预测，并发现了压力随着裂断岩运动发展的规律；第二、全面的分析了不同条件下巷道压力的来源、大小及其与裂断岩梁运动的关系，建立了相关的模型，为巷道压力的控制奠定了基础。第三、建立了锚网巷道支护设计理论体系，为科学进行压力控制和巷道支护做好了理论上的准备。今后在实际工作中需要根据具体情况采取相应的压力控制和巷道支护策略，保证煤矿开采的顺利进行，保障作业的安全，提高整个煤矿开采的综合效益。

3、回采巷道矿山压力的分类

3.1原始应力场中发掘和维护的巷道

原始应力场中发掘和维护的巷道也是在采动支撑压力影响范围之外发掘和维护巷道。在这种应力来源下，可以根据原始应力场特征分为两种情况: 首先是来源于上覆岩层的重力，这种是单一重力作用下的原始应力场; 其次是来源于重力和其他参与结构应力综合作用，这种原始应力场是存在残余结构应力的。

3.2 在采动支撑压力分布范围中内应力场中发掘和维护巷道

在这一情况下，采动能够触及的岩层破坏范围内运动着的岩层重力是决定此范围的发掘和维护巷道的应力大小的重要因素。如果停止采动波及的破坏岩层运动，那么在该应力场范围内发掘和维护的巷道岩层应力将会转变的非常小。

4、巷道矿山压力控制和支护的选型设计

4.1 合理选择巷道发掘位置

在已经进入破坏的煤带宽度范围内，即已经确定好内应力场范围的基础上，尽量保证将巷道发掘直接的内应力场深入到内外应力场的临界点上，也就是内应力场的边界处。若不考虑回收，在内应力场发掘巷道最佳方式就是将留煤柱的宽度放大，这样的直接好处就是有利于将护巷煤柱所承担的压力和变形量降低到最低限，其限度降低，相对安全系数也就上升。反过来说，如果想要在内应力场中的巷道留煤柱宽度缩小一点也不是不可，但是要保证不能出现漏风等不利情况，而且内应力场应该在完全进入稳定的状态后才可以进行巷道的发掘。

4.2 正确选择巷道发掘时间

根据上述内应力场煤层带的应力和变形量的探索，以及对相关位置所表达出来的关系，我们不难看出，所有工作的重点之一就是巷道发掘时间的正确确定。控制巷道变形破坏的关键是要保证在回采工作中，推进到某些特定距离和计算好的时间范围内，再进行内应力场中的巷道发掘。在这一过程中，我们还要始终注意将已经滞后的时间和距离都保持在能够实现稳定的内应力场发掘和维护，这一点也是重要目标。针对巷道发掘的时间，是要通过精确的计算和考核得出的，时间要正确，这与上一条选择正确的位置同样都是巷道发掘和维护工作的重点，同样不可忽视。

4.3 有针对性的进行支护设计

这一方面主要的影响因素是，要根据选定的巷道发掘和维护时间，另一方面要根据内应力场受力变形发展过程来进行确定支护设计。针对这两个方面，这一过程我们一般分为两个发展阶段: 第一是内应力场形成前的发展阶段; 第二是内应力场的形成和发展阶段。下面对每一个发展阶段进行剖析。

（1）内应力场形成前的发展阶段

内应力场形成前的发展阶段包括三个发展过程：①在开始进行工作面的推进前，处于原来巷道眼里作用下的发展过程；②在工作面开始推进后，采探推进和回采空间的扩大压力逐渐增加。在这里，弹性压缩是从煤壁的边缘开始的，从而逐步的向纵深进行扩展的过程，此过程的塑性破坏力同样也与弹性压缩一样都是从煤壁边缘开始纵向深入，此工作面的推进距离也就是最后纵向深入的距离。③工作面推进到内应力场范围内，煤层已经完全步入塑性破坏的状态，随后采探的推进和支持压力随之增加，承压的压力得到迅速减少的发展过程。

（2）内应力场的形成和发展阶段

在内应力场的形成和发展阶段是工作面上覆岩层断裂运动的发展全过程，并且工作面长度决定了进入断裂破坏拱内上所附岩层的断裂运动。这一全过程又可以细分为三个发展过程：第一层岩石梁架断裂运动的发展过程；第二层岩石梁架断裂运动的发展过程；第三层岩石梁架断裂运动的发展过程。

在这一发展阶段中，内应力场范围的煤层上，压力和压缩都发生了变形，最重要的特点是每次压力和压缩变形都会发生非常明显的增加或者减少。内应力场发掘和维护巷道控制矿压和顶板控制设计要做出正确的判断，针对不同的发掘和维护时间进一步确定方案。

回采巷道支护的核心就是以“采场结构力学为模型”的动态发展规律为主要内容，这样就更加有力度的加速推进了回采巷道矿压控制和支护选型计算的理论建设。最大优点在于系统的解决了不同空间条件下，在内应力场发掘和维护巷道支护科学定量设计研究，主要包括：①范围预测和发展规律的研究。完成了采动支撑压力破坏上覆岩层运动的条件下，所决定的内应力场的范围和断岩梁运动发展影响其压力大小的规律。②相关巷道矿压控制设计的基础进一步得到了确定。针对在不同空间条件下，发掘和维护巷道的压力来源、大小，以及裂断岩梁运动关系进行了分析，并结合了回采巷道支护的核心动态发展规律“采场结构力学”进行了系统的研究。③建立了正确的巷道支护设计理论体系。确定了压力大小的来源，并成功推断出围岩破坏范围所能产生的各种对巷道支护设计的影响，将统计经验决策成功的推进到了更加科学化的发展阶段。

5、结语

通过详细的分析和研究，我们对煤矿回采巷道矿山压力的控制和支护方面有了更系统与详细的认识和了解，此项分析和研究为我们后继的煤矿回采工作提供了大量的理论支持，奠定了有关巷道矿山压力控制设计的基础，指出了支护设计的关键所在，即合理的发掘位置、时间以及有针对性的调研，同时正确的预测了内外应力场的应力分布特征，并进行了有效的控制，保证了在稳定内外应力场中发掘和维护巷道。

参考文献

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[4]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M],徐州:中国矿业大学出版社,2003

[作者简介] 刘守福(1985-),男,安徽临泉人,助理工程师,为安徽理工大学在读研究生。