解析煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護(hù)

李志杰

（1.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000；2.中國平煤神馬集團(tuán)，河南 平頂山 467000）

在煤礦回采巷道，所謂壓力控制，指的是巷道頂端山體或者地面對巷道頂壁的作用力。對礦山壓力的控制應(yīng)該在充分考慮巖石運(yùn)動的同時(shí)，還與回采巷道應(yīng)力場應(yīng)力強(qiáng)弱及其分布情況密切相關(guān)。

1 煤礦回采巷道礦山壓力的類型

在煤礦回采巷道進(jìn)行開掘與維護(hù)作業(yè)中，根據(jù)巖層運(yùn)動遭受礦山壓力來源、工作面相對推進(jìn)的具體位置與時(shí)間，可將礦山壓力回采巷道劃分成以下模型。

（1）初始應(yīng)力場中開掘與維護(hù)巷道。此種礦山壓力類型是處于采動支撐壓力作用范圍之外的開掘與維護(hù)巷道，當(dāng)處于這種壓力來源時(shí)，按照初始應(yīng)力場的特點(diǎn)可分成以下兩個(gè)方面：一方面，由上覆巖層重力引起的單一重力作用下初始應(yīng)力場；另一方面，源自重力與其它涉及到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力而綜合形成的初始應(yīng)力場，其中包含有殘余結(jié)構(gòu)應(yīng)力參與的應(yīng)力場。

（2）處于采動壓力支撐作用范圍內(nèi)應(yīng)力場的開掘與維護(hù)巷道。在此種煤礦回采巷道采動進(jìn)程中，巖層運(yùn)動及破壞受到的重力作用直接關(guān)系著巷道的應(yīng)力強(qiáng)弱。當(dāng)由采動引起的破壞覆層中巖層運(yùn)動中止時(shí)，此種情況下回采巷道的巖層應(yīng)力改變極小。

（3）處于采動支撐作用范圍內(nèi)高應(yīng)力場的開掘與維護(hù)巷道。這種回采巷道礦山壓力模型因推進(jìn)而引發(fā)的支撐壓力將高度集中在開掘與維護(hù)巷道，應(yīng)力來源就是采動作用范圍內(nèi)巖層整體重力支撐。

2 煤礦回采巷道礦山壓力控制措施

2.1 科學(xué)地確定巷道開掘地點(diǎn)

在巖層運(yùn)動已受到破壞的煤層開掘中，應(yīng)該先要確定內(nèi)應(yīng)力場的影響范圍，最大程度地將巷道開掘的內(nèi)應(yīng)力場推置到內(nèi)外應(yīng)力場臨界點(diǎn)上，即內(nèi)應(yīng)力場的邊界位置。在不進(jìn)行回收的前提下，對內(nèi)應(yīng)力場中巷道進(jìn)行開掘的最好方法為增加留煤柱的寬度值，這種方法的優(yōu)勢在于：可把護(hù)巷煤柱受到的壓力以及變形量削減至最低限，當(dāng)限度減少時(shí)，對應(yīng)的安全系數(shù)就會增加；如果線縮小內(nèi)應(yīng)力場內(nèi)的巷道留煤柱寬度，就應(yīng)該防止巷道漏風(fēng)等不良狀況的出現(xiàn)，并且等到內(nèi)應(yīng)力場徹底穩(wěn)定后方可開展巷道開掘作業(yè)。

2.2 合理設(shè)置巷道開掘時(shí)間

通過對煤礦回采巷道內(nèi)應(yīng)力場煤層帶的應(yīng)力與變形量的分析，在充分認(rèn)識對應(yīng)位置所體現(xiàn)關(guān)系的基礎(chǔ)上，可以得出以下結(jié)論：這些作業(yè)的重要內(nèi)容組成就是對巷道開掘時(shí)間加以嚴(yán)格確定。對巷道變形破壞進(jìn)行控制的重點(diǎn)就是：在確保回采工作順利進(jìn)行的前提下，當(dāng)開掘至特定距離以及事先計(jì)算并設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，再開掘內(nèi)應(yīng)力場中的巷道。在開掘進(jìn)程中，應(yīng)嚴(yán)格關(guān)注滯后時(shí)間域距離，使其能夠達(dá)到回采巷道開掘與維護(hù)穩(wěn)定、持續(xù)進(jìn)行的目的。對巷道的開掘時(shí)間來講，應(yīng)要進(jìn)行精確計(jì)算與考核，保持其正確、合理，開掘時(shí)間與開掘位置一樣，是回采巷道開掘與維護(hù)的工作重點(diǎn)，在礦山壓力控制中不容忽視的。

3 做好相應(yīng)的支護(hù)設(shè)計(jì)工作

3.1 認(rèn)清發(fā)展過程

支護(hù)設(shè)計(jì)的影響因素有巷道開掘與維護(hù)時(shí)間、 內(nèi)應(yīng)力場受力變形過程等內(nèi)容。根據(jù)影響因素，將支護(hù)設(shè)計(jì)過程分成內(nèi)應(yīng)力場形成前階段與形成階段。

（1）形成前階段的發(fā)展過程。其一是在工作面推進(jìn)之前，在原有巷道壓力作用影響下的發(fā)展過程； 其二是工作面推進(jìn)后，由采場推進(jìn)作用而引起的回采空間增加，礦山壓力呈現(xiàn)遞增狀態(tài)，彈性壓縮與塑性破壞自煤壁邊沿起始，逐漸縱深擴(kuò)張的過程；其三，當(dāng)工作面推進(jìn)到內(nèi)應(yīng)力場中完全處于塑性破壞狀態(tài)時(shí)，在采場推進(jìn)與支撐壓力持續(xù)增加形勢下，承壓壓力快速遞減的發(fā)展過程。

（2）內(nèi)應(yīng)力場形成階段。即工作面長度決定進(jìn)入裂斷破壞拱內(nèi)所有上覆巖層裂斷運(yùn)動和發(fā)展的全過程，通常是第一巖梁裂斷運(yùn)動的發(fā)展過程、第二巖梁裂斷運(yùn)動的發(fā)展過程、第三巖梁裂斷運(yùn)動的發(fā)展過程。此階段中，在礦山壓力作用下，內(nèi)應(yīng)力場范圍煤層會出現(xiàn)壓縮變形現(xiàn)象，其顯著特點(diǎn)就是每次壓力和壓縮變形都具有較為明顯的增減過程。

3.2 開展支護(hù)設(shè)計(jì)

在充分認(rèn)識內(nèi)應(yīng)力場各階段發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，來選取針對性的支護(hù)設(shè)計(jì)方案。對煤礦回采巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵通常是將采場結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的動態(tài)發(fā)展規(guī)律當(dāng)成理論基礎(chǔ)，其優(yōu)勢為能夠系統(tǒng)地對不同空間條件下的內(nèi)應(yīng)力場開掘與維護(hù)所出現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)加以處理，并對支護(hù)進(jìn)行定量設(shè)計(jì)與研究。

（1）分析范圍預(yù)測與發(fā)展規(guī)律。其工作內(nèi)容就是處于采動支撐作用方位巖層運(yùn)動及破壞形勢下，對影響內(nèi)應(yīng)力場范圍與巖層運(yùn)動的礦山壓力規(guī)律進(jìn)行分析。

（2）確定礦壓控制設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。要綜合多種空間形勢，對煤礦回采巷道礦山壓力的來源、大小、裂斷巖梁運(yùn)動情況等內(nèi)容加以研究，并且應(yīng)結(jié)合重要?jiǎng)討B(tài)發(fā)展理論“采場結(jié)構(gòu)力學(xué)”，全面而系統(tǒng)地進(jìn)行分析研究。

（3）完善巷道科學(xué)的支護(hù)設(shè)立理論內(nèi)容。在認(rèn)清壓力大小、來源等信息的基礎(chǔ)上，并要判定巖層破壞帶給支護(hù)設(shè)計(jì)的影響，把原有的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)時(shí)期轉(zhuǎn)換成當(dāng)前科學(xué)化發(fā)展階段。

4 結(jié)語

基于以上分析論述，在分析與研究煤礦回采巷道礦山壓力與支護(hù)的基礎(chǔ)上，找到礦壓控制與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，為后續(xù)工作的開展提供強(qiáng)有力的理論支撐。在確定開掘位置、時(shí)間以及針對性的調(diào)查研究之后，就需要對內(nèi)外應(yīng)力場的分布規(guī)律繼續(xù)擰綜合而有效的預(yù)測，有利于采取合理對策對其進(jìn)行控制，確保回采巷道開掘與維護(hù)的穩(wěn)定性。

[1]李楊，李峰.巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及對巷道支護(hù)技術(shù)的理論指導(dǎo)[J].中國科技博覽,2012(38)

[2]李沖，徐金海.綜放工作面回采巷道錨桿支護(hù)解除機(jī)理與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011（12）