復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

梁洪山

摘? 要：在煤礦生產(chǎn)的過程中，巷道掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，同時做好掘進(jìn)支護(hù)是確保掘進(jìn)施工安全的重要環(huán)節(jié)。從當(dāng)前我國煤礦的生產(chǎn)實際來看，總體的地質(zhì)條件相對于先前更加復(fù)雜，給煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)提出了較高的要求。該文從當(dāng)前復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)存在的問題分析入手，重點研究了復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用，并提出了提升復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)效果的相關(guān)對策。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件;煤礦掘進(jìn);支護(hù)技術(shù);應(yīng)用;分析

中圖分類號：TD35? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

從當(dāng)前國內(nèi)煤礦生產(chǎn)情況來看，多數(shù)煤礦已經(jīng)進(jìn)入到深部開采階段，在深部開采的過程中，其相對于淺部開采出現(xiàn)了較大的不同，特別是隨著巷道埋深的增加，整體的地應(yīng)力更為復(fù)雜，給煤礦支護(hù)效果提出了更高的要求，因此，對復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1 當(dāng)前復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)存在的問題

1.1 傳統(tǒng)支護(hù)方式不適應(yīng)掘進(jìn)支護(hù)要求

從當(dāng)前國內(nèi)煤礦埋深來看，很多煤礦開采的深度已經(jīng)超過了800 m，整體的地應(yīng)力非常大，特別是水平地應(yīng)力已經(jīng)成為最大主應(yīng)力，測壓系數(shù)很多超過了1.5，在如此大的應(yīng)力作用下，給煤礦掘進(jìn)支護(hù)提出了更高的要求，但是從當(dāng)前很多煤礦掘進(jìn)支護(hù)的實際來看，多數(shù)煤礦在掘進(jìn)支護(hù)中仍舊沿用傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)，導(dǎo)致巷道支護(hù)體和巷道圍巖之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性，影響到掘進(jìn)支護(hù)效果，特別是傳統(tǒng)的支護(hù)方案在很多情況下已經(jīng)明顯不能滿足深部巷道掘進(jìn)支護(hù)的要求。

1.2 深部巷道圍巖表現(xiàn)出工程軟巖的特征

從深部巷道圍巖支護(hù)來看，出現(xiàn)了較多的雖然圍巖整體強(qiáng)度較大，但是其強(qiáng)度較小的情況，經(jīng)過大量分析表明，主要是在超高的地應(yīng)力作用下，這些傳統(tǒng)的硬度相對較大的巖石，表現(xiàn)出明顯的工程軟巖的特征，也就是在高應(yīng)力作用下，這些巖石的物理性質(zhì)出現(xiàn)了變化，成為了“軟巖”，表現(xiàn)出明顯的蠕變特點，給深部巷道掘進(jìn)支護(hù)帶來了較大的難度。

1.3 未充分調(diào)動巷道圍巖支護(hù)作用

大量深部巷道掘進(jìn)支護(hù)實踐表明，在深部巷道支護(hù)時，僅僅采用傳統(tǒng)的強(qiáng)力支護(hù)的方式，已經(jīng)不能實現(xiàn)對巷道的有效控制，需要支護(hù)體和圍巖形成一個聯(lián)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，才能更好地滿足巷道圍巖支護(hù)的需要，但是從國內(nèi)很多煤礦掘進(jìn)支護(hù)來看，多數(shù)沒有充分認(rèn)識到這個關(guān)鍵點，雖然部分煤礦已經(jīng)認(rèn)識到這個關(guān)鍵點，但是對掘進(jìn)支護(hù)時機(jī)把握不好，影響到整個支護(hù)的效果。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點

從當(dāng)前各個煤礦掘進(jìn)支護(hù)的實踐來看，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，煤礦掘進(jìn)支護(hù)可采用不同的方案，例如“錨桿支護(hù)”“錨網(wǎng)索支護(hù)”“錨網(wǎng)索噴支護(hù)”“U型鋼+錨網(wǎng)索支護(hù)”等，不同的支護(hù)方案有著不同的支護(hù)要求，適用不同的掘進(jìn)支護(hù)需要，但是從各種類型的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用情況來看，技術(shù)方案雖然有著較大的差別，但是在具體應(yīng)用的過程中，均需把控好如下掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)要點，才能更好地提升煤礦掘進(jìn)支護(hù)效果，更好地提升煤礦掘進(jìn)支護(hù)的安全性。

2.1 注重提升頂板的承受能力

從各種類型的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)方案來看，注重提升頂板的承載能力非常關(guān)鍵。在具體實施的過程中，首先應(yīng)當(dāng)做好對頂板完整性的保護(hù)，以最大限度的措施來確保煤礦頂板的穩(wěn)定性，從而有效地減少上覆圍巖的出現(xiàn)大面積的松動破壞，盡量讓更大范圍的圍巖處于原巖應(yīng)力狀態(tài)，例如，隨著頂板圍巖完整性的增加，掘進(jìn)支護(hù)上覆圍巖能夠處于三軸應(yīng)力狀態(tài)，在三軸應(yīng)力狀態(tài)下，圍巖的極限強(qiáng)度將會明顯增加，在支護(hù)過程中，圍巖頂板自身承載能力更高，可形成支護(hù)體和圍巖之間共同承載結(jié)構(gòu)。在具體施工中，可通過及時對巷道表層進(jìn)行初噴、及時掛網(wǎng)、使用錨桿托盤、使用預(yù)應(yīng)力錨桿、增加錨桿預(yù)應(yīng)力等方式及時實現(xiàn)對巷道頂板的有效支護(hù)。若在掘進(jìn)支護(hù)巷道頂板已經(jīng)非常破碎，可通過深部高應(yīng)力注漿的方式，實現(xiàn)巷道破碎圍巖的有效粘結(jié)，從而使巷道圍巖處于一種相對完整的狀態(tài)，更好地保證巷道頂板圍巖的完整性，提升圍巖承受極限。

2.2 注重讓巷道釋放內(nèi)部高應(yīng)力

大量深部巷道掘進(jìn)支護(hù)實踐表明，僅選擇使用強(qiáng)力支護(hù)的方式，在很多情況下，已經(jīng)不能滿足深部高應(yīng)力掘進(jìn)支護(hù)的要求，因此，需采用“讓抗”相結(jié)合的耦合支護(hù)方式，才能更好地提升深部巷道支護(hù)效果。在具體實施的過程中，可選擇使用兩步驟支護(hù)的方式，例如，可對掘進(jìn)面進(jìn)行一次錨網(wǎng)噴支護(hù)，之后給巷道預(yù)留一定的變形時間和變形空間，使集聚在巷道圍巖內(nèi)部的高應(yīng)力得到一定的釋放，之后，再進(jìn)行U型鋼支護(hù)或者強(qiáng)力錨索支護(hù)，從而形成巷道圍巖+錨網(wǎng)噴+U型鋼或者強(qiáng)力錨索等組成的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，更好地提升深部巷道掘進(jìn)支護(hù)的效果。此外，這里需要注意的是，對于二次支護(hù)時間的選擇非常關(guān)鍵，二次支護(hù)既需要確保巷道圍巖內(nèi)積聚的高能力得到較好的釋放，又需要實現(xiàn)對巷道圍巖變形的有效控制。

2.3 注重控制巷道圍巖的流變

在軟巖巷道掘進(jìn)時都強(qiáng)調(diào)頂板松軟，要求“短掘短砌”，巷道掘進(jìn)后，立即進(jìn)行永久支護(hù)，此時軟巖因流變膨脹發(fā)生了較大的變形，使剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)在沒有達(dá)到強(qiáng)度前就破壞了。另一方面這種支護(hù)結(jié)構(gòu)不允許承受任何變形，一旦開裂就失效了，不得不大面積返修 。對于軟巖巷道要求及時支護(hù)達(dá)到封閉圍巖，避免圍巖風(fēng)化吸水膨脹，抑制圍巖流變的擴(kuò)大是很必要的，此時最好采用錨噴技術(shù)進(jìn)行臨時支護(hù)，然后利用巷道收斂變形、圍巖壓力和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，尋找適合軟巖允許的臨時支護(hù)變形范圍內(nèi)進(jìn)行永久支護(hù)的最佳時間。

3 提升復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)效果的相關(guān)對策

3.1 使用模擬軟件對巷道掘進(jìn)支護(hù)進(jìn)行模擬

從當(dāng)前巷道支護(hù)情況來看，通過使用各種類型的模擬軟件，例如FLAC軟件等，將巷道當(dāng)前的地質(zhì)參數(shù)輸入到軟件中，可實現(xiàn)對巷道掘進(jìn)支護(hù)方案施工后，可能出現(xiàn)的巷道變形情況實現(xiàn)有效的模擬，從而更好地調(diào)整巷道支護(hù)方案，提升方案的針對性和科學(xué)性。同時，在模擬的過程中，還可以通過對各種模式參數(shù)的調(diào)整，確定出最終的巷道支護(hù)方案。為現(xiàn)場巷道掘進(jìn)施工提供較好的定量化支撐。

3.2 使用物理實驗的方式選擇更為合理的支護(hù)方案

物理實驗相對于軟件模擬在一定程度上更有針對性，取得的效果也更好，特別是其可能更為直觀地掌握到巷道整體的變形情況。在具體實施的過程中，需要通過相似材料模式計算的方式，按照具體的地層結(jié)構(gòu)，設(shè)定出對應(yīng)比例的相似模擬情況，然后對巷道進(jìn)行開挖，巷道開挖后，按照對應(yīng)的巷道埋深，設(shè)定出具體的施加壓力，實現(xiàn)對巷道變形情況的直觀判斷，為現(xiàn)場施工提供出更為科學(xué)的參考參數(shù)。

3.3 注重實用巷道掘進(jìn)新技術(shù)裝備

從當(dāng)前巷道掘進(jìn)支護(hù)發(fā)展情況來看，通過使用各種類型的掘進(jìn)新技術(shù)，對于提升巷道掘進(jìn)施工效果有著非常重要的意義，例如，可通過使用測定圍巖松動圈的方式，掌握巷道圍巖變形的范圍，給巷道掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計出更為科學(xué)的參數(shù)提供出量化的依據(jù)。同時，還可以使用鉆孔窺探儀等方式，掌握巷道內(nèi)部具體的變形情況，從而深度掌握巷道變形機(jī)理。

4 結(jié)語

綜上所述，全面做好煤礦掘進(jìn)支護(hù)施工對于保證礦井生產(chǎn)的安全性有著非常重要的作用，但是從當(dāng)前煤礦掘進(jìn)支護(hù)情況來看，其面臨的條件更為復(fù)雜，其中存在的問題也不斷增加，因此，這就需要煤礦企業(yè)全面認(rèn)識到當(dāng)前煤礦掘進(jìn)支護(hù)相對于傳統(tǒng)淺層支護(hù)存在的不同，采取針對性的措施，全面提升煤礦掘進(jìn)支護(hù)效果，更好地保證煤礦掘進(jìn)支護(hù)的可靠性和安全性。

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