大采高回采巷道特點(diǎn)與圍巖控制策略探析

李軍

摘 要：大采高回采巷道斷面尺寸較大，巷道高度較高，在煤炭開采過程中，煤層會發(fā)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致巷道頂板、底板和兩幫受到擠壓而發(fā)生位移和形變，對大采高工作面高產(chǎn)高效的發(fā)揮造成了巨大影響。本文主要闡述了大采高回采巷道特點(diǎn)和做好圍巖控制的具體策略，以期有效做好巷道圍巖的安全保障工作，實(shí)現(xiàn)煤炭的生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：大采高；回采巷道；圍巖控制

煤炭是工業(yè)的糧食，是我國現(xiàn)階段工業(yè)的主要能量來源，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對其具有強(qiáng)大的依賴性。我國幅員遼闊，煤炭資源儲存量豐富，對其主要運(yùn)用的是大采高綜采模式，但由于其采高較高，煤層和圍巖會對巷道產(chǎn)生擠壓，存在較大安全隱患，所以要運(yùn)用有效措施對巷道圍巖進(jìn)行控制。

1 大采高回采巷道的特點(diǎn)

巷道周圍的小結(jié)構(gòu)和大結(jié)構(gòu)起著重要作用，小結(jié)構(gòu)是指錨桿與圍巖組成的錨固體，以及在巷道四周的錨桿組合支護(hù)；大結(jié)構(gòu)是巷道周圍的圍巖結(jié)構(gòu)，主要包括直接頂、基本頂、頂煤等。巷道周圍的小結(jié)構(gòu)和大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接決定了回采巷道的穩(wěn)定性。在煤炭開采中，巷道的小結(jié)構(gòu)受大采高回采巷道高度和斷面的影響，會發(fā)生變化，同時巷道的大結(jié)構(gòu)受覆巖層冒落高度、裂隙帶高度、工作面超前支撐壓力等影響，也發(fā)生了相應(yīng)變化，所以大采高回采巷道具有特殊性，具有其自身的特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在：第一，服務(wù)年限短。它一般的有效使用期在2年之內(nèi)，隨著本段工作的結(jié)束而報(bào)廢，對其沒有過高的支護(hù)要求。第二，巷道斷面大、不規(guī)則。大采高工作面煤層厚度較大，巷道的挖掘大多沿每層頂?shù)装暹M(jìn)行，并布置在煤層當(dāng)中，這就造成了巷道的斷面大、成型不規(guī)則，對其的支護(hù)工作比較困難，受到煤層的擠壓之后會造成嚴(yán)重的變形。第三，巷道維護(hù)要求低。從工程角度來看，只要破壞失穩(wěn)的問題沒有在巷道圍巖中發(fā)生，并且正常生產(chǎn)沒有受到巷道斷面的影響，便允許巷道有較大的變形量，對它沒有較高的維護(hù)要求。第四，支承壓力峰值達(dá)、影響范圍大。采高大是大采高工作面的重要特點(diǎn)，這個特點(diǎn)直接增大了工作面頂板的活動空間、加大了基本頂懸臂梁結(jié)構(gòu)的彎距，導(dǎo)致工作面超前支承壓力和側(cè)向支承壓力的峰值增大，造成了大范圍的影響。第五，結(jié)構(gòu)及力學(xué)狀態(tài)處于動態(tài)變化之中。隨著巷道的不斷掘進(jìn)和工作面的回采，導(dǎo)致巷道的結(jié)構(gòu)和受力不斷發(fā)生變化。

2 圍巖控制的具體策略

煤炭挖掘中，圍巖對巷道安全性具有重要影響，我們在工作中要做好對圍巖的控制，具體控制措施主要有以下幾個方面：

2.1 做好圍巖的支護(hù)工作

對圍巖做好支護(hù)可有效保障巷道的穩(wěn)定性，煤炭挖掘中的巷道工作是一項(xiàng)復(fù)雜工程，其力學(xué)性能、載荷大小、結(jié)構(gòu)特征等具有很大的不確定性，這就要求必須做好圍巖的支護(hù)工作。支護(hù)工作不僅要充分考慮支架的支撐能力，還要充分運(yùn)用圍巖的天然結(jié)構(gòu)，只有做到支架和圍巖結(jié)構(gòu)兩者共同承擔(dān)圍巖的支護(hù)，才能有效保障巷道的穩(wěn)定性。圍巖的應(yīng)力與變形具有密切的聯(lián)系，其承擔(dān)應(yīng)力的大小決定了圍巖破壞程度的大小。技術(shù)人員要嚴(yán)格控制圍巖的變形量，防止圍巖因變形過大而發(fā)生重度破壞，要努力降低圍巖應(yīng)力過于集中的情況，給予其一定的支護(hù)力，減小圍巖載荷，從而減小圍巖的變形量。保持圍巖穩(wěn)定還要對其承載力實(shí)時測定，以圍巖變形量為依據(jù)，增加支架所應(yīng)承擔(dān)的載荷，確保圍巖因自身承載能力的喪失而造成的強(qiáng)度破壞，因此保障圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，必須給其提供適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)力。煤炭挖掘是一項(xiàng)長期的地下工作，巷道內(nèi)出現(xiàn)破壞區(qū)的現(xiàn)象很普遍，巖石之間相互摩擦、擠壓，致使圍巖結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，要對其做好支架支撐，使支護(hù)力隨結(jié)構(gòu)的變形程度而保持在合理的范圍。以上我們可以看出，圍巖應(yīng)力分布和圍巖變形過程中，支架的支撐對圍巖結(jié)構(gòu)的保護(hù)起著巨大作用，技術(shù)人員要以圍巖的承載結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用支架多樣的支護(hù)形式，保障巷道的穩(wěn)定性。

2.2 重視整體錨固結(jié)構(gòu)

錨固結(jié)構(gòu)主要由錨桿、護(hù)表構(gòu)件和需要錨固的巖體構(gòu)成，它是對圍巖有效支撐的一種特殊支護(hù)體。錨桿是錨固結(jié)構(gòu)的重要工具，對其科學(xué)應(yīng)用可以構(gòu)建幾何形狀、結(jié)構(gòu)特征不同的錨固結(jié)構(gòu)體，使得不同的布置方式產(chǎn)生不同的支護(hù)效果，從而適應(yīng)巷道圍巖結(jié)構(gòu)的多樣性。普通錨固結(jié)構(gòu)和整體錨固結(jié)構(gòu)是錨固結(jié)構(gòu)的常用的兩種方式，但整體錨固結(jié)構(gòu)比普通錨固結(jié)構(gòu)的承載能力更高，因?yàn)樗鼤箖蓭湾^固體與頂板錨固體和地板錨固體相互重疊，達(dá)到巷道圍巖整體穩(wěn)固的效果。所以在加固圍巖時，要多采用整體錨固結(jié)構(gòu)，同時結(jié)合普通錨固結(jié)構(gòu)，保證巷道兩幫的整體穩(wěn)定，對圍巖破壞區(qū)的擴(kuò)大和變形做好控制。與無支護(hù)措施的巷道相比，錨固結(jié)構(gòu)會使圍巖應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生保護(hù)巷道穩(wěn)定的變化，具體表現(xiàn)在：第一，圍巖應(yīng)力集中范圍在錨固結(jié)構(gòu)作用下得到減小，與無支護(hù)圍巖相比，錨固結(jié)構(gòu)分散了過于集中的圍巖應(yīng)力，保障了巷道安全。第二，圍巖切向應(yīng)力集中程度在錨固結(jié)構(gòu)作用下得到提高。錨固體變形模量的提高增加了巷道表面圍巖局部區(qū)域的切向應(yīng)力。第三，巷道深部圍巖的應(yīng)力狀態(tài)在錨固結(jié)構(gòu)作用下得到改善。控制回采巷道圍巖的穩(wěn)定性，要充分發(fā)揮錨桿在整體錨固結(jié)構(gòu)的重要作用。

2.3 做好觀測分析

對回采巷道圍巖穩(wěn)固性的控制工作并不是一勞永逸的，僅僅依靠建立完善的圍巖控制的技術(shù)保障還是不夠的，技術(shù)人員還要定期對回采巷道圍巖做好觀測工作，及時發(fā)現(xiàn)問題并有效解決。觀測的主要內(nèi)容包括三個部分：技術(shù)人員要利用多點(diǎn)位移離層指示儀和收斂儀重點(diǎn)加強(qiáng)對巷道頂板圍巖、巷道兩幫圍巖的變形觀測和巷道周邊表面位移的觀測。日常觀測的資料可以對巷道圍巖變形和破壞情況做出客觀反映，為巷道圍巖支護(hù)工程的建設(shè)和改良工作提供依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的穩(wěn)定性。

綜上所述，大采高回采巷道圍巖控制關(guān)系到煤炭生產(chǎn)的安全性，它是一項(xiàng)復(fù)雜的工程技術(shù)，只有重視圍巖控制中的整體錨固結(jié)構(gòu)，做好圍巖的支護(hù)工作，并加強(qiáng)對圍巖控制工程的觀測分析，才能做好巷道圍巖的安全保障，實(shí)現(xiàn)煤炭的生產(chǎn)安全。

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