矿井顶板支护技术

摘 要:对于矿井的顶板支护而言,一般应根据不同矿井所处的地理位置的不同,采取不同的支护方式。本文主要对华晋焦煤有限责任公司沙曲矿顶板巷道组成的容易变形、稳定性不足等软岩矿井的特点进行详细分析,针对于相应的软岩巷道掘进顶板控制需求,提出了有效的软岩巷道顶板支护措施与技术。

华晋焦煤有限责任公司沙曲矿顶板组成主要由灰色和深灰色的细砂岩石、粉砂岩砂质泥岩和泥岩构成,这些岩体较容易破损,发育方式为节理发育,其整体结构强度较低。由于开采深度的不断加大,深部软岩巷道的支护工作对施工过程中的施工进度、施工安全以及经济效益有着重要的影响,因此,对软岩巷道的力学特征进行探讨工作,同时对软岩巷道掘进中的顶板控制措施加强方法的研究是当今矿井生产领域中较为重要的课题之一。

1在软岩层矿井顶板支护中常见的问题

(1)围岩变形幅度较大,支护遭到严重损害。在杨家矿井的正1460m水平方向的北五开采区域中的主斜井与北四开采区域中的回风石门由于处在煤系地层内,在巷道进行掘进工作过程中,围岩因受到较大的挤压力,导致本身出现较大幅度的变形,加之,岩石中还含有大量的遇水膨胀物质成分,由于受到潮湿环境的影响,形成了较大的膨胀力,从而使支护结构受到严重的破坏,目前在第五开采区域的矿井中已经有40%的修复率,北四开采区域回风石门的修复率已经达到60%。

(2)围岩稳定性较弱。由于杨家村矿井处于软围岩地带,其围岩稳定性较低,导致围岩极易出现稳定性失调现象,同时造成巷道的支护工作难以进行,并出现坍塌等安全隐患,直接影响井下运输与通风状况,威胁到行人的人身安全。针对围岩变形幅度大,巷道的支护遭到严重破坏等现象,已经采用了相应的锚网、金属支架、至强版员工以及墙抬梁等对其支护结构进行加强,这一措施在围岩结构较稳定,地压力较小的地段中得到了不错的效果,然而在低压力较大、围岩结构不稳定的地段中却没有那样的效果,同时还存在着经历了反复修复工作与加强支护工作后仍然未能从根本上解决巷道变形的问题。

(3)顶板碎片坠落伤人。在软围岩地段,由于围岩结构强度较低,并存在着节理发育与层理发育现象,致使在爆破后十分容易造成片帮现象与冒顶现象的出现,给安全生产带来了不良影响与制约。

2影响矿井顶板支护的主要因素

(1)对原岩地应力状态的影响。在巷道密度较高的地带,对一条向导进行施工的过程中已经对围岩的地应力平衡状态造成了一定的破坏,若此时再对另一条巷道进行开采,会直接造成多个掘进工作面互相之间造成应力的叠加破坏。

(2)三维应力效应。由于矿井所处的不同煤田地质应力位置,因此,矿井的主应力方向也有所变化,然而地应力的受力方向还与巷道的布置方向有着密不可分的联系,因而垂直于主应力方向的巷道往往会受到较为严重的破坏,巷道的损坏也是较高的,与此相比,平行于主应力方向的巷道受到的破坏往往会小很多,其损坏率也会比垂直于主应力方向的巷道小很多。

(3)水浸影响。由于软围岩的结构较不稳定,尤其与水分反应较为强烈,浸水性较强,因此,水对软围岩会造成较大影响。例如:页岩、砂质泥岩和泥岩在遇水后极容易产生膨胀、碎裂等反应,尤其在岩层浸泡水的一天或两天之后,不但会使其自身强度大量丧失,还会发生膨胀现象,因此,水浸作用会对于软岩造成严重的破坏。

(4)风干作用。在对软弱岩层进行向导开挖过程中,应及时对围岩进行封闭工作,若封闭的不够及时会直接导致围岩产生风干现象,经历风干后的围岩若再次吸水,则膨胀速度将更快。

(5)爆破方法不当。在巷口开挖过程中,如果能够尽力保持软围岩层的原始沉寂状态,将十分有利于巷道的支护。以往大多采用传统的爆破方法来对巷道进行掘进,采取炮眼少、火药集中的爆破方式往往容易造成巷道周围形成破碎的区域,从而扩大了软围岩的活动范围,导致巷道变形幅度与速度有所加快,直接造成巷道的严重损坏。

(6)开采深度对矿井顶板支护的影响。在煤田开采过程中,深度较小的矿井一般不会出现较严重的支护问题,然而随着矿井开采深度的不断增加,使支护问题渐渐显漏出来,并成为矿井开采过程中的重要难题。

3矿井顶板支护应采取的控制措施

(1)增加顶板的承重能力。在矿井掘进过程中,无论采取哪种支护方法,都应该尽量的采取光面爆破方法来对巷道进行掘进,同时采用锚喷方式进行支护工作,从而尽可能的保证围岩的完整与稳定性,从而减少上覆岩层的松弛压力对围岩应力状态的影响,这样能够使围岩顶板本身的承重力得到调动,实现围岩体与支护体之间形成共同承载模式。

(2)加强防风干与防水浸工作。在巷道掘进过程中经常出现由于封闭不够及时而导致的围岩浸水造成的威严变形,因此为保证巷道的稳定性,应在想到掘进过程中及时的对围岩进行封闭,防止其出现风干与浸水现象,应在锚喷支护之前对围岩采取喷浆封闭措施。

(3)对围岩的让、释压与支架强度之间的协调作用加以重视。经过相关实践证明:在软岩矿井掘进过程中,用钢支架来承载巷道围岩的变形压力是不成功和不科学的,并浪费资金。因此要对围岩的让压和释压与支架强度之间的协调性加以重视,以保证对巷道良好的支护。

(4)大力推广新奥施工法。所谓新奥施工技术的本质在于强调检测和做好信息反馈工作,并对设计和措施进行不断改进。这样一来既能够提高围岩的抗压能力还能在一定程度上提高支护强度。

4结语

总之,矿井的顶板支护工作是煤矿开发过程中十分重要的环节之一,因此要实现安全生产就必须做好矿井的顶板支护工作,当然,这项工作还需要施工人员的共同努力,来对其进行深一步的探索与创新。

参考文献

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