深井煤礦開采支護技術探索

摘 要：隨著煤礦開采逐步向深部發(fā)展，該文具體分析了深井煤礦開采支護技術所面臨的關鍵技術難點，探討了相關解決方案，介紹了深井煤礦開采相適用的拱形斷面及錨桿支護技術及施工工藝。

關鍵詞：錨桿 深井 支護

中圖分類號：TD82文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0080-01

目前在我國主要一次能源是煤炭，煤炭為我國提供了70%以上的能源，煤炭生產(chǎn)成為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，煤炭產(chǎn)量多年來一直位居世界第一。在我國已探明的煤礦資源中，60%以上埋藏在800 m以下的地下，隨著開采深度及強度的增加，各種地質(zhì)條件愈加復雜，改善圍巖及有效支護變得困難，特別是具有軟巖性質(zhì)的圍巖，在生產(chǎn)施工過程中，若得不到有效支護，極易引起巖爆、突水、熱災害、冒頂、滲流、圍巖流變等突發(fā)性工程災害和重大惡性事故，繼而影響煤礦開采掘進速度。筆者針對我國深部煤礦開采地質(zhì)條件的特殊性和復雜性進行了實際考察和研究，總結了現(xiàn)有深井煤礦開采支護技術，拱形斷面支護、高預應力、強力錨桿是解決深部開采較為有效的支護形式，而分布施工是先進的工藝技術，對相關工程工作者具有重要的指導意義。

1 深井煤礦開采面臨的技術難點

煤炭資源開采逐漸向深部發(fā)展已成為當今世界主要深井開采國家德國、波蘭等國十分關注的問題。目前我國34處采深大于1000 m的礦井其開采深度正以平均每年10～25 m的速度下延。煤炭深部開采面臨的主要技術難點，突出表現(xiàn)以下幾個方面：

深井煤礦開采，礦壓顯著加劇，所需巷道斷面必需加大，繼而增加了巷道維護的難度。調(diào)查顯示，當采深每增加100 m，巷道斷面就需要增加8.1%左右，煤、半巖煤巷需增加32%，同時地壓增大，圍巖因而處在深部高應力作用下運動更加劇烈，加重了巷道變形和破壞力。在煤礦深井開采過程中，巷道礦壓嚴重問題直接導致了巷道維護困難，巷道失修率提高。

深井煤礦開采，煤巖體應力增大，潛在的沖擊地壓危險煤層數(shù)量增加了，由于開采范圍的擴大，在我國發(fā)生沖擊地壓的礦井數(shù)量從50年代的7個逐漸增加到現(xiàn)今的33個。1978年，我國組織國內(nèi)外研究學者對沖擊地壓開展科研攻關，在理論研究和實踐方面都取得了一定成果。但是，由于我國煤礦開采持續(xù)延深，對沖擊地壓問題的防治工作仍然任重道遠。

深井煤礦開采，瓦斯含量也大大增加，極易形成煤層與巖層內(nèi)的大量瓦斯向采掘空間突然噴射而出形成瓦斯突出。瓦斯突出具有很高的危險性和破壞力，甚至造成重大人員傷亡。瓦斯突出是我國比較頻發(fā)的地質(zhì)災害，截止1986年，已有超過200個礦井發(fā)生瓦斯突出事故12000次以上，全世界約有30%以上的瓦斯突出事故發(fā)生在中國。由于礦井開采的深度和廣度都在增加，高瓦斯含量的礦井數(shù)量也逐漸增多，為保證深井煤礦生產(chǎn)作業(yè)安全，不能忽視瓦斯突出危險的問題。

深井煤礦開采，使掘進工作面熱害問題凸顯，惡化了工作面氣候條件。德國、俄羅斯等主要產(chǎn)煤國都遇到了不同程度的熱害問題。很過國家的掘進工作面溫度高達50～60 ℃，熱害問題嚴重影響著施工人員的健康，并造成生產(chǎn)量下降，甚至引發(fā)事故，造成礦區(qū)停產(chǎn)。我國，地質(zhì)自然條件差別很大，深部開采中的熱害問題可分為無熱害礦井和深熱礦井兩種情況。如河北唐山市開灤礦區(qū)，開采深度已達到1150 m以上，但是地溫仍處于26 ℃以下，屬于無熱害礦井；而在我國其他進入深部開采的礦區(qū)中，熱害問題都不同程度影響著礦井作業(yè)的安全。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

20世紀80年代，美國、加拿大、南非等國很多研究學者就開始從事涉及深部礦井的相關問題研究工作，做了大量卓有成效的工作，在深部圍巖的變形機理、支護技術、應力控制技術以及預防沖擊沖擊地壓技術取得了不錯的理論成果。

中國礦業(yè)大學、北京科技大學等國內(nèi)知名高校以及煤炭科學研究院等科技單位對深部開采遇到的問題進行了大量系統(tǒng)的研究與試驗，取得了以下幾個方面的成果：

高地壓巷道支護理論形成了多樣化，如改良的新奧法支護理論、二次支護理論、松動圈支護理論以及聯(lián)合支護理論等，這些支護理論可以適用于不同的生產(chǎn)實踐條件下。

錨噴支護、U型鋼可縮性支架支護、注漿加固、聯(lián)合支護技術等多種支護形式在改善高地壓巷道圍巖控制方面得到了實踐應用，支護效果良好。

廣泛推廣應用了高強度錨桿、錨索支護技術，成為了很多礦區(qū)的主要巷道支護形式。錨桿支護成套理論技術初步形成，對地質(zhì)力學測試、支護形式的設計與選用、施工工藝及質(zhì)量檢測等起到了有益的作用。

3 深井煤礦開采支護施工工藝

錨桿支護在目前及今后仍將是解決深井煤礦巷道支護的主要技術。分布施工技術是較為先進深井錨桿支護施工工藝，其基本思路和支護原則如下：

首先需要分析煤巖層所處位置是否處于穩(wěn)定狀態(tài)中，若處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，需確立進行巷道支護的目的是改善圍巖完整性，提高圍巖強度，加固圍巖達到穩(wěn)定狀態(tài)。

針對不同形式的支護加固，采用分步施工方法達到圍巖穩(wěn)定。如煤巷加固段，先噴漿一壁后充填，深孔注漿，再對錨桿加強和補強，最后作底板處理。針對巖巷正常段，可直接錨桿索支護-架U型棚直接支護，噴漿一壁后充填一深孔注漿，最后作底板處理。巖巷破碎段，先進行簡單支護，然后進行加固和錨桿支護，最后作底板處理，巖巷極破碎段，進行超前預注漿——外層錨桿——架U型棚——噴注漿-錨索鎖錨索——底板處理。對斷層破碎帶施工：超前預注漿——外層頂部錨桿——U型鋼拱形支架——幫部錨桿-噴漿——淺孔注漿——深孔注漿——全斷面錨索——鎖腿錨索梁——臥底+底板注漿錨索

在我國，普遍存在折線形和曲線形礦井巷道斷面形狀，曲線形巷道斷面能夠降低巷道斷面四周的拉應力，起到優(yōu)化作用，巷道的穩(wěn)定性較好，在深井高應力條件下，圍巖塑性區(qū)分布與巷道斷面的等效開挖半徑緊密相關，斷面形狀不同，低效加固區(qū)就不同，但圍巖塑性區(qū)分布大體是相近的：

實際施工時要根據(jù)應力分布特點，巷道用途，服務年限，圍巖自身穩(wěn)定性等各種因素選擇合理的斷面形狀，盡量考慮優(yōu)選等效開挖后的圓形巷道或橢圓形斷面，以便于支護設計和參數(shù)的選擇。

4 結語

該文通過參考了國內(nèi)外大量文獻資料和數(shù)據(jù)，深入研究分析了目前深井煤礦開采中所面臨的支護問題。并介紹了適用于錨桿支護技術 的分步施工工藝，對深井巖巷圍巖控制的理論研究和實踐指導具有參考價值，進而提高經(jīng)濟效益。

參考文獻

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