关于煤矿开采的控制分析

1煤矿深部开采巷道围岩

围岩是指巷道或者隧道周围特定的范围内,影响洞身稳定的岩(土)体。在煤矿深部开采中,巷道围岩存在着一些特点:⑴岩体强度会随之逐渐减小:当在煤矿深部掘出巷道之后,岩体强度将受到影响而逐渐减小,使岩石发生软化现象,增加了围岩的破碎程度;同时煤矿深部的岩石已经承受强压力、高温等现象很长时间,岩石便会发生强烈的裂隙现象;煤矿开采会使巷道围岩产生一定的卸压状况,进而产生多且细小的裂隙,造成岩体破碎状况,使其由硬变软;⑵巷道会随着开采的范围逐渐松动扩大:煤矿深部开采,会使巷道围岩逐渐软化,岩层呈现破碎形状,伴随着开采的逐渐深入,岩石破碎的范围会随之增大,并且松动时间会增长。

2煤矿深部开采巷道的围岩控制策略

2.1通过改变围岩的力学性能来控制

煤矿深部开采时围岩一般出于埋深较大的地方,在它水平及垂直方向会产生较高的应力,此应力将对围岩产生巨大的影响,只有采取注浆加固的策略,才能稳定围岩,增加围岩的承受能力。而将加固岩体与锚杆连接成一个整体,就能增强围岩内的锚杆产生的锚固力,以防在发生变力使也不会出现状况。

2.2通过强化围岩约束力来控制

强化支护体强度,可以避免发生危岩,而一旦发生危岩,支护体也会阻止危岩扩大或蔓延。增强约束力的支护方法是,可在巷道围岩下用强度很高的锚杆和铁网、锚索和梁四者联合支护,对围岩力学的性能进行改善,从而增强了围岩的约束力,限制了破碎区纵深发展的趋势。

2.3通过合理地规划巷道开采来控制

煤矿深部开采的巷道则要合理地进行规划布置,一般设计在有较强稳定性的岩层内,并且巷道的方向必须保持与围岩破碎区最大主应力相一致;尽量避开上部开采之后遗留的煤柱对巷道的影响,因此可先进行上部煤层开采或者跨巷的回采等策略;可把巷道布置于采空区下,避免开采时引起支承压力发生的剧烈作用;而且巷道应与煤柱边沿间隔一定的距离,以防止两条相近巷道会产生影响等等措施来进行控制。

2.4通过降低围岩承受的压力来控制

降低围岩承受的压力,也就是将巷道和附近承受的载荷力转移到离巷道较远的地区,达到降低巷道承受的围岩应力的目的。而采取的巷道卸压技术,则能对承受的压力进行减少,主要采取的策略是打卸压孔(松动爆破),卸载围岩承受的压力。一般采用的卸压方式有:深孔爆破是依据围岩力学而成,将集卸载和加固相结合,是一种较理想的卸压方式;而巷帮卸压则需要以巷道两帮为基石,在其两帮各自打造一个卸压孔进行卸压;工作面进行卸压:通过迎头瓦斯排放孔人工制作一条高压的水射流形状的割缝,并且在钻孔两侧开凿一条较深的呈扁平形状的缝槽,对钻孔附近煤体进行局部卸压,以达到将迎头顶板压力卸掉的目的。

3煤矿深部巷道支护的具体技术

综合现在巷道支护的方式,常用的有锚杆支护、锚索支护、棚子支护、联合支护等,针对煤矿深部巷道情况,采取的支护技术有:

3.1高阻让压形式的锚杆支护

煤矿深部出现较大压力,并且发生变形是常见现象,而将树脂药卷充分利用在支护杆上,对其进行适当的加长锚固和大伸长的量、高阻力的具有抗破断锚能力的杆,使高阻让压的支护得以实现。为围岩提供大量的支护阻力的是高阻即锚杆,支护阻力能让塑性区的发展得到控制,同时使塑性区的流变速度降低,因此,支护阻力提高能明显减小围岩的变形。锚杆支护中一定会用到锚杆,而锚杆的构造是比较复杂的(见图1),需要精确的计算和合理的搭配,才能支撑过重的压力。锚杆的构造图中,1代表建筑物,2代表腰梁,4代表垫板,5代表台座,6代表托架,7代表套管,8是锚固体,9代表钢拉杆,10代表锚固体直径R,11代表拉杆直径R1,12代表非锚固段长L1,有效锚固段长L2,锚杆全长L。顶板支护指的是顶板支护适用于煤矿深部开采,由于巷道顶板存在稳定性差的特点,避免其出现顶板离层,最好是用树脂药卷实行加长的锚固和高强度类型的锚杆支护形式,让顶板的稳定性更强。同时顶板支护后,能增加顶板岩层自身强度、刚度,故避免了顶板下沉量太重的情况发生,使巷道顶板整体的安全指数不断上升。同时,也可将能承载较高预应力的锚索,与下部锚固的顶板相连,并稳稳固定在上部的岩层内,以达到增加顶板安全性及可靠性的目的,最终完成顶板支护。两帮支护指的是在支护过程中只用树脂药卷,对锚固进行加长,并使用高强度类型的锚杆支护着两帮,此种方式产生的支护阻力比较大,能控制两帮破碎区区的进一步发展,也使塑性区流变速度降低,并且当两帮出现较大变形时,该支护也能适应[1]。

3.2超前钻孔的应力转移技术

煤矿深部开发中,存在复合顶板、巷道的埋深大、围岩的强度小的特点,在掘进后和锚杆支护前,顶板就已经产生了巨大的离层和下沉,快速衰减了顶板的承载能力,使巷道维护的难度增加,只有结合瓦斯的抽放,在掘进迎头的前方煤层内布置钻孔,在抽放瓦斯的同时,也将掘进而出现的支承应力的峰值转移到深部,降低了巷道的迎头应力,减少了无支护的空间顶板发生离层和下沉的机率。巷道迎头的超前钻孔的布置[2]。巷道迎头进行钻孔后,应力峰值的位置便会随着钻孔长度的增加而明显地转移至深部,钻孔的长度大于12m后,峰值位置与巷道表面之间的距离就会减小,确定钻孔的长度10m,并且每掘进5m,便钻1次孔。

3.3两帮与底角的加固技术

如果工作面的两巷设计成梯形巷道,其注浆孔的平面布置图如图3,煤矿深部的两帮是强度相对较小的煤层,底角也是这样,对煤矿深部进行掘巷之后,围岩一般是从两帮、底角进行破碎,并且逐步蔓延。因此,对于煤矿的两帮、底角处需进行一定的注浆加固技术,而注浆孔的平面布置必须合理,并且间隔必须均匀,如图2所示。一般采取锚杆支护,是为了防止破碎区不断扩大;对围岩的两帮、底板进行加固,主要使用的材料是高水速凝性质的,此种材料能大大提高锚固力,防止两帮不稳定而发生移动[3]。综上所述,煤矿深部开采具有其他开采所不具备的特点,针对这些特点要进行相应的支护加固技术,不然将会影响到煤矿的进一步发展。而对于深部开采中围岩的控制,已经成为降低安全隐患,提高煤炭的开发率的重要前提。

本文作者：赵先祥工作单位：贵州省盘县安监局羊场安监站