单位文秘网 2021-08-31 09:09:15 点击: 次
摘 要:随着现代煤炭深部资源的开发和深部矿井的不断建设,高地应力的问题成为了危害井巷岩体的工程围安全的主要原因,为了对矿井的深部巷道的支护技术的研究,我们采用力学连续介质的办法对巷道深部的稳定性进行研究和分析。
关键词:深部巷道;支护技术;地应力
随着对能源与资源的大量开采,浅部资源与能源正在逐渐减少,往资源深部开采已经是不可不行的办法了,据不完全统计,我国煤矿的资源正在逐年以8-12米的速度在递增。本文分析了多种支护技术的应用状况,最后以某煤矿为例,确立对煤矿来说最适合的支护方法。
1 破坏巷道深部的主要方式
1.1 大量的变形破坏巷道深部围岩
首先发生深井巷道的破坏是巷道围岩表面破裂,也就是说这是非线性且不连续变形的部分。假如无法及时的把深井巷道围岩的破裂情况控制住,那么深井巷道围岩的破裂情况将会逐渐增加,让深井围岩的变形更加严重,最终破坏巷道。许多深井巷道为了控制住围岩的破坏区域的组件扩大而采用锚注支护的原则,改动围岩破裂区域力学性质,阻止围岩破裂区域增大。
依据矿井下观察,典型的深井巷道围岩破裂情况如图1所示
1.2 破坏巷道底鼓
因为深井巷道底板在一般情况下是不支护的,特别是集中深井巷道的底角应力,从而更严重的破坏了深井巷道的底板。底鼓是深井巷道的主要特征之一。深井巷道回采一般距离工作面在一百米以上就会发生巷道深部底鼓的现象,尤其是在挖掘过程中发生前挖后起底鼓的状况。
1.3 螺纹钢制长杆体失效。现在看来,巷道深部通常会利用锚索和螺纹钢制长杆等组合进行支护。假如锚索和螺纹钢制长杆支护的参数有效合理,那么支护就能得到满足。深井巷道的螺纹钢制长杆的支护失效并不是因为支护的强度不足,而是由于深井巷道破裂区域漏顶导致的螺纹钢制长杆作用失效。螺纹钢制长杆是不容易被剪切或者拉断而破坏的,它占有的比例比较少。破坏深井巷道支护的原因主要是由于护顶效果较差,让破裂的岩体从围岩表面脱落下来,螺纹钢制长杆无法有效的起到支护的作用,托盘因为失效而被破坏。
2 深部矿井巷道矿压的特征以及控制围岩的原理
2.1 显现矿压的特点。导致围岩的岩性恶化的原因是因为深部巷道的地应力增多,围岩的塑形区域以及破坏区域的区范围不断增加,尤其是煤矿巷道两侧的煤层强度减小,作用于采动支承压力之下,破坏区域和塑形区域更加扩大,两侧移近得相对剧烈,从而使两帮作用于顶板的支护效果降低,高地应力透过两侧传到地板,对巷道深部造成严重的底鼓,巷道深部的矿压显示的主要表现为:
(1)巷道深部出现流变的特征,深部巷道随着时间的延长变形加速。(2)深部巷道的围岩变形速度加快,变形量增大。(3)巷道深部挖掘失调,采掘失效率增高。(4)巷道深部对支架要求增大,造成高吨位的支护体系。
2.2 控制巷道深部围岩的原理
2.2.1 减少深井巷道的围岩应力。提高深井巷道内布置,合理采准巷道布置,减少采动支的承受力在时间和空间上对深井巷道作用的次数和强度,减少深井围岩应力,设计合理的煤柱大小,不仅要稳定住煤柱,还要尽量减小深井巷道承受的集中应力,把深井巷道的应力布置在降低区域以内。对深井巷道来看,利用应力转移,降低浅部的围岩应力能有效减少深部巷道围岩的变形值,能维护巷道的良好状态。
2.2.2 正确执行深井巷道的支护形式。根据研究表明,把巷道深部布置在中硬之下的岩层中间,深井巷道变形状况更为严重,这种情况在采动影响之后表现得尤为突出,如果采动深度在八百米至一千米之下时,中硬和中硬以上布置岩层内部的巷道,假如采取传统的支护方法,维护巷道就很困难,所以,我们应该设计新的支护与联合支护的方式。
3 设计深部巷道支护的原则
根据矿井深部的巷道的破坏方式,我们设计支护方式的原则有以下几点:
3.1 支护的原则。不扩大被破坏从而导致破裂的岩围区域的变形范围是巷道的深部支护的主要设计原则。如果需要有力的保护住围岩,我们应当采取及时支护,使螺纹钢制长杆的预紧力得以提升,同时,还需要将钢带、喷浆和网进行联合的支护。
3.2 协调支护煤矿系统参数的原则。托盘、网、螺纹钢制长杆、钢带、这些需要均匀受力,通过协调,参数一致,就能避免先后出现破坏现象,这样就不会影响到煤矿支护的整体效果。加长螺纹钢制长杆的长度、把巷道支护的成本以及螺纹钢制长杆的密度降低。提高托盘的硬度和尺寸,能够有效保护围岩。加大螺纹段杆体的强硬度,能够防止破坏螺纹段杆体。为了能够给围岩的变形,让压留下空间,煤矿支护一定需要有柔度。
3.3 大断面的原则。深部围岩的变形和移动在现有的成本以及支护技术的前提下不可能完全得到控制,所以,需要为围岩的让压和变形留有一定的空间。
3.4 动态设计。经过理论上的研究和试验,基本可以确定支护巷道或者巷道维护的方案了。在复杂的矿井条件下,设计支护方案的参数需要依据矿井下的状况变化做出及时的修改,实行支护动态设计方案,将实际情况和设计方案相结合。
3.5 着重支护原则。在相同深井巷道的断面情况下,深井巷道围岩局部的应力越大,那么,那一处就变形得越严重,必须要限制该地方的变形程度,让深井巷道的围岩部分应力大处以及部分应力消除的变形程度基本相当。深井巷道的围岩变形是全部范围的变形收缩,也就是说巷道的顶板、底板还有两帮这些变形程度成比例的时候,确保深井巷道围岩的完整性,阻止破坏局部而失效,协调深井围岩应力转移扩大,使整体围岩均匀受力。
4 结束语
透过分析我们了解到假如单独使用一种支护的方式,很难在实际的开采过程中达到预期的效果,但是,如果利用喷浆、网梁、U型钢等等这种多支护联合的办法,使不同的支护技术联合互补,透过螺旋钢制长杆+锚索+锚网梁来使围岩得到固定,透过矿山巷道支护用热轧U型钢对外围的勾花网支护体进行二次加固,并且调整好外围的勾花网支护,重新分布单位面积上所承受的附加内力,使得矿山巷道支护用热轧U型钢支护体的承受力得到均匀的分布,然后控制围岩的变形程度,利用喷浆封闭围岩,增加矿山巷道支护用热轧U型钢的整体连贯性,这样就能够使得矿山巷道支护用热轧U型钢的承受强度得到提高,最终使支护效果得到提高,甚至不需要利用二次支护来加固围岩。
透过这样的支护设计,让深部巷道保持良好的状况,同时解决了“前面挖,后面修”的问题,使巷道维修的周期加大,由原先的3、4个月维修一次变为现在的10-12个月维修一次,大大的降低了矿井的吨煤成本,取得良好的经济和社会效益。
参考文献
[1]廖俊春,汤国禹,刘后明,程雨皓.浅谈某煤矿深部巷道支护技术的应用[J].黑龙江科技信息,2012(22).
[2]孙广义,林井祥.深部巷道支护技术研究与实践[J].煤矿开采,2010(92).
[3]刘燕平.浅谈煤矿深部回采巷道支护技术[J].商品与质量,2012(1).
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