时间：2022-10-13 12:40:37
摘要：煤矿工程中，下分层开采时，回采巷道有时要通过或接近应力集中区域布置，这时作好巷道布置及支护工作，避免受应力集中影响；本文就实例描述应力集中出现的原因，支护的方法，以及做好支护之后必须要注意的问题。
关键词：下分层开采 下分层回采 巷道布置 应力集中
一、概述
所谓的应力集中，是由于外界的原因，或者自身的原因，在接头的局部区域产生最大应力值高于平均应力值，使外形的尺寸或几何形状会突然发生局部范围内应力突然增大的情况，怎样减少受应力集中区的影响，在煤矿中开采回采，一直是个难题。
以陶阳煤矿为例，它分为三层，煤厚3.5米，使用高档的普采分层开采方式，上分层采1.8米，下分层采1.7米，由于种种因素，比如断层的原因内部留设有煤柱，当煤柱四周的上分层都已经被回采，因此该地成为一个应力集中区。
集中应力区如果不做好应力集中区的支护工作，常常会出现巷道底鼓严重、支架破坏、断面缩小棚顶变型等等问题，最后造成顶板冒落的事故。
二、问题的提出
巷道通过或接近应力集中区域，巷道会破坏，往往是因为以下的问题：
1、原先煤柱的预设不够合理，因此，当回采的时候，工作面推进之后，回采空间两侧煤体与煤柱的应力随着工作面距离距离与回采时间的变化而变化。根据开采情况不同，可能会出现三种不同的应力区：原岩应力区、应力增高区与应力稳定区，巷道应力状态改变，巷道的围岩应力将会随之改变，巷道也会跟着改变。
巷道变形破坏示意图
2、巷道围岩强度降底，煤层顶板通常为砂质泥岩，有时是炭质泥岩伪顶，底板为泥岩或砂质的泥岩，巷道一旦被破坏之后，巷道的围岩会被破坏，应力集中程比较高的巷道底角还会出现裂缝。
3、支护的结构或参数不够合理，如果巷道支护的方式不够合理，或者参数选择不正确，即使经过多次的扩修，依然会出现严重的巷道变形
4、施工质量的因素，如果在开采过程中，机械化装备不够，作业人员也没有足够的施工水准不知道如何使用新工艺、新技术、新装备，都有可能让围岩的完整性出现问题。
三、问题的分析与解决
1、针对地形的不同作好支护工作
在应力集中的地区，下分层开采回采的巷道作好支护的工作尤其关键。
巷道围岩变形的区域如果是松动区，它容易片帮，但易维护。
巷道围岩区域如果是压力区，那则是由两帮的压力或者顶板的压力造成的，巷道会因为压力使支架挤压变形，特别是矿压如果很大，支架无法撑担起强烈的应力，围岩变形会极其严重，如果使用柔软结构的支护，将表层的构动现像及时控制，可使岩体不会松动。
巷道围岩变形的区域如果是软岩区，那么软岩本身就有肿胀性，如果是是矿区的深部，矿压通过两帮将压力传到底板，底板的相道会因变形而且膨胀，因此，软岩区的支护工作非常重要，如果不做好支护工作，软岩巷道的围岩压力集中起来，使围岩的强度变低，巷道两帮的围岩都会变得松动，然后破裂，松动的围岩不能撑受住强压，将导致冒落片帮，松动会变得更加严重。软岩区的支持要紧跟迎头，即时护帮，以免因为各种状况，使松动区撑受不住太力，进而继续扩大。
2、支护的方法
根据区域的不同，对巷道可以做种种的支护方法，根据地质条件和生产需要，先确定巷道的断面形状，如梯型，或矩形，然后可以使用架棚或者锚杆一起联合支护，两帮可以用锚杆，阻止松动区继续发展与破裂，围岩的变形与压力区的压力都将得到控制区。锚杆的加固可以让围岩增加抗变形强度，因为锚杆代替围岩承受一定压力，此时再作好合理的支护构架，围岩的变形可控制在工程要求的范围内。
以应力集中区中巷道支护为例：
1）矿区的实际情况
当地3406区域的工作面走向长度1050米，斜长度为120米，上层的工作面已经回采完毕，工作面的材料道与运煤机道有一段80米的应力集中区，标高：-574米至580米，三年前工作区的南面开采完毕，北面有的上分层为实炭区，巷道的顶板和底均均有粉砂岸，存在裂缝，遇水出现膨胀的状况，应力集中区出现正断层，方向为东高西低，长度为3.5米，顶破因应力集中破碎。
2）扩大巷道的断面
根据工程设计，原本断面太小，一旦变形，将不能满足需要，因此，可将2米的开口扩大为2.4米，开口的面积扩大为5.5平方米。
3）使用架棚与支架联合护理
因为巷道的侧面受到太大压力，因此在棚腿的底部先焊接垫板，上面的两侧料接档板，使棚架不会出现位移与变形的现像，两帮的支护采用离壁，棚档内安设有直径18毫米，长度2000毫米的螺纹钢高强描杆，托盘的冲压使用8毫米厚度的钢板，锚杆的距离保持在600毫米至800毫米之间，使用K2535型的树脂锚固剂卷，用量为3卷/根锚杆，两帮的离壁为100毫米，锚固力>80kN，棚档之内使用3根树脂锚杆，将钢筋梯竖挂，锚杆横向之间把竹笆压牢。
4）支护起到的作用
螺纹钢锚杆具有高强度的特性，使用准全长锚，加上具有高强特性的钢托盘与木托盘作为支护，具有很高程度的钢性，可以对一定程度的应力与压力都能起到支护作用，使围崖松动、膨胀、崩裂等都能得到一定程度的控制，围崖的稳定性和整体性都能得到稳定，巷道变形的程度也减少加剧，经过以上有效的支护前，原来两帮的移近两为25毫米，之后减少为5毫米，巷道变形得到一定程度的控制。
四、应力集中区域支护的反思
1）由于应力集中地区围岩压力的原因，巷道易片帮，如果不能及时做好支护工作，则巷道成形差，两帮超过宽度，因此，必须要使用锚杆作好支护工作，紧跟迎头是有必要的，锚干的托盘要与岩面贴紧，选用的错杆应该达到预应力应该达到的要求。
2）要让棚腿上不承受煤壁的挤压力，需要棚腿与巷道两帮之间各留合适的间隙，减少钢棚的受力程度，为了达到这项要求，迎头钻炮眼时，两帮的炮眼角度需准确，要使两帮成型再将棚架支好，之后要预留适当的离壁的空间。
3）做好巷道支护的检查工作，如果出现在煤壁把棚腿挤压的现像，要立刻开帮使压力减小，以免钢棚无法承受压力造成变形。
4）如果在巷道施工以前围岩已经破碎，那么在施工当中要缩小棚距，在放炮以后移支要及时，背牢顶实要加实，以免出现顶板冒落的事故。
5）要避免出现顶板将棚子挤压歪斜或者变形，可以在棚架的接口与棚腿中间架设木质的撑杆，使棚子受力均匀，提高其稳定性。
五、总 结：
当下分层开采回采的巷道出现应力集中现象的时候，只有合理布置巷道、选择施工断面、做好支护选型及支护工作，才能保证回采安全，实现工作面正规循环作业。
参考文献：
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[2]刘奎.刘长友.李等文等.超长综放孤岛面矿压规律及支架适应性研究[J].采矿与安全学报.2007，24（4）：84-87.