特厚礦層綜放開采巷道的支護優化設計

趙衛會，孫思楠

（伊犁永寧煤業化工有限公司，新疆 伊寧 835000）

當前礦產行業不斷在向前發展，我國對于礦產的開采力度不斷增大，中厚層的礦產儲存量越來越少，需要不斷向下拓展特厚礦層礦產開采深度，厚礦層特厚礦層及的儲存量所占比例還是不斷增大，這就導致了國家對厚礦層的開采效果不佳的問題[1]。為了更好的促進特厚礦層綜放開采的效果，采用逐一分層開采的手段對開采巷道的支護進行優化設計，由于特厚礦層內巷道所受的壓力過大，若支護設計不佳會導致特厚礦層巷道周圍嚴重受損變形，甚至被壓垮，造成了十分嚴重的安全問題，開采巷道的支護對礦產下分層的開采內巷道的循環布置和保護起到重要作用，對巷道的防支護處理以及布置模式進行改進，保證礦層開發的安全性，更好的實現對特厚礦層綜放開采巷道的支護的優化設計。

1 特厚礦層綜放開采巷道的支護研究

1.1 工程概況

為保障研究有效性，隨機采取某特厚礦層作為研究對象進行調查和分析，以挖掘內巷道的開采以及防支護樁柱的設計原理為基礎，通過對受力干擾動短時期和范圍數值進行采集和模擬，最終確定防支護區間，特厚礦層的單體柱初撐力不低于11.5Mpa。如遇到底板松軟、單體支柱鉆底量超過0.1米，確定支護范圍為2301回采工作面前方80m和后方100m需要加強支護，且跟隨2301回采工作面前方及時進行加強支護，順槽掘進至通尺330米開始巷道頂部采用單體支柱配合π型鋼梁加強支護，加強支護長度180米，且該支護跟隨2301回采工作面回采及時外移加強支護，為確保2302軌道順槽迎采期加強支護安全，特編制本安全技術措施[2]。跟隨2301的開采回地面前方，迎合開采啟動時期的單體支護裝柱的配合π型支護。軌道順槽迎采期巷道頂部采用單體支柱配合π型剛梁加強支護，π型梁規格：DFB3400/300，單體柱型號：DW31.5-200/100，一梁三柱，單體柱中心間距500mm，排距100mm，中間單體柱距巷道中心線偏下幫0.1米打設。在防支護材料的選取在一定程度上對防支護的質量有很大影響，盡量選擇高質量的防支護材料，從根本上提高支護的質量，在進行深層開采時，內巷道的外圍石巖很容易產生較大的變形，所以在開采設計上也要盡量選擇適合的防支護模式，統一選擇性價比較高的支護材料，從根本上確保支護結構的穩定。

1.2 支護設計

在特厚礦層開采的過程中，厚礦層底板的應力分布極易導致礦層結構出現變形的情況，影響礦層安全。因此，支護設計的關鍵作用就是包裝礦柱的穩定性，在礦柱可靠、穩定后，發現特厚礦層應力不均勻程度較大，并且這其中的礦層應力差異還有不斷向外延伸的發展趨勢，這種發展趨勢有一定可循的規律，因此從特厚礦層支護礦柱正中央為著力點，不斷延伸擴展到兩側的開采盲區，擴展延伸受力，在特厚礦層支護礦柱應力發生在同一個垂直距離上時，特厚礦層的支護應力非均勻程度和距離成反比[3]。距離越遠，應力的不均勻程度就越低。支護礦柱應力基本處于均勻分布的形式，距離越近，應力所處的形式就越不均勻[4]。拿特厚礦層距離內巷道為例來分析特厚礦層內巷道外圍巖石支護在不均勻應力作用條件下的變形狀態，為方便研究，將巷道受力模型進行簡化來分析，具體如下圖所示：

圖1 巷道受力模型

如圖1，通過對特厚礦層頂層梁板所承受的荷載壓力q進行線性分布，設其分布規律為x，則它們所受的線性荷載受力算法為：

在上式中：l特厚礦層微頂層梁板的長；h為巷道支護的線性荷載；a為巷道支護的均勻承受系數，n和m主要為特厚礦層頂層梁板所受的支護反力。則由材料力學原理可以得到：

當巷道支護的內錯距離直接小于jm時，對內巷道進行深部開挖在很大程度上會影響巷道支護水平橫道的壓力，導致巷道支護發展位移變化。其中，開挖區域距離巷道支護礦柱越近，位移力度就越大，內巷道支護礦柱挖掘周圍巖的水平位移變化速率不斷增大，兩側的垂直位移也會不斷增大。進一步對特厚礦層頂層梁的巷道支護彎矩進行計算，算法為：

在上述算法中，若特厚礦層內巷道支護頂板的水平壓力的最大數據值點為w，巷道支護各個內錯交互點的附近，巷道最大承載數值為kmaxMPa，最小值卻接近到零，可忽略不計。巷道支護的垂直集中應力的最大值是gMPa，最小值大約接近為1MPa。在巷道支護的內錯距離小于im時，垂直應力地質可以維持不動，水平應力的變化較為平緩，巷道支護的不均勻受力程度對外的影響力也在不斷調整下降，此時，巷道支護可呈現穩定的安全狀態。

2 特厚礦層綜放開采巷道的支護優化建議

通過以上研究分析結果，對特厚礦層開采巷道的支護的設計進行優化，根據開采巷道的挖掘影響提出改善建議，不斷強化巷道支護的協調能力和穩定性，以便更好的對特厚礦層進行挖掘，保證特厚礦層支護設計的安全性和穩定性。

2.1 做好施工前的各項準備工作

特厚礦層井下開采巷道的內巷道挖掘頂板防支護工作一直在進行初步施工的開始階段，具有較大的冒頂風險，會對頂板的防支護技術工作的實施造成負面影響。因此在進行特厚礦層綜放開采之前，必須先要確保做好相應的準備工作：合理的進行頂層板的支護方式選材，在材料的選擇上應當根據礦產井下的具體情況來進行選擇，盡量避免有選擇的支護形式以及材料不符合規定施工工作要求的情況發生，工作人員一定要及時發現并且根據改進從而確保內巷道挖掘進入井下技術手段的合理實施性和科學發展性，進一步提高頂板支護技術的未來實施的可靠性。

2.2 支護時強化協調能力的實施

在進行特厚礦層綜放開采巷道支護設計時，所安裝的支護結構除了要滿足較高的柔韌度要求以外，還應該在一定程度上滿足內巷道礦井下面的完整度，使得整體結構上的支護強度有明顯的提升，在此基礎上降低特厚礦層周圍巖石體的變形強度，達到釋放壓力的效果。另外我們需要注意的就是通過強化防支護結構和巖石體釋放壓力的協調能力，我們要讓工作人員從中樹立結構的整體意識，從全局出發，對支護結構和巖石體釋放壓力的關系都有一個很全面的掌握，來進一步完成這一項工作。

2.3 加強對創新傳統的采礦技術

如今在礦產企業的實際礦產開采工作中，傳統的采礦技術已經不再適用，也不能從根本上滿足礦產開采的實際要求，所以說，礦產企業現在應該把重點轉移到采礦技術的提高發展上，加大對采礦技術的研究創新。推動采礦技術走向高度機械化、人工智能化以及自動化，礦井下內巷道的挖掘進入頂板的支護技術也應該隨著采礦技術的發展而創新，需要將一切能夠運用到礦產開采的新技術和新工藝手段加以借鑒和利用。

3 結束語

針對我國井下內巷道挖掘現狀進行調查和研究，做好頂板層的防支護安排，當前內巷道挖掘頂板防支護的手段多種多樣，在進行最高層頂板防支護安排施工時，應該從實際問題出發，選擇符合實際合理的放支護形式和選材，與此同時要做好頂層板的支護安裝管理工作，從而確保內巷道挖掘金屬的質量和安保問題，以此來大大提升礦產的開采效率，這樣就能一直促進礦產事業的向前發展。