煤礦回采巷道礦山壓力控制及支護技術研究

米飛 李騰躍

1.四川省川南煤業有限責任公司魯班山北礦 四川 宜賓 645251；

2.四川省川南煤業責任有限公司 四川 瀘州 646000

引言

由于煤礦開采作業不可避免會破壞和影響地層結構，增加開采作業中的安全隱患。為了預防上述問題，就需要在開采作業中做好回采巷道礦山壓力控制工作，分析其與巖層分布、應力大小以及分布條件之間的聯系，指導后續開采作業的開展，掌握巖層運動規律以及出現應力問題的原因，通過相應支護技術的應用來保障煤礦開采作業安全。

1 煤礦回采巷道礦山壓力控制

所謂的回采巷道礦山壓力就是其上方巖體對回采巷道所造成的壓力，其受到巖層運動條件的直接影響，且此壓力的大小以及分布情況也會對后續開采作業和壓力控制工作產生直接影響，如不有效控制容易造成頂板坍塌事故等。這主要由于巖層運動會對應力場的應力大小造成破壞而影響回采巷道的整體結構安全性與穩定性。比如在同一個時空下受到巖層運動和破壞的影響會出現新的轉換形態等[1]。

2 回采巷道礦山壓力的分類

回采巷道礦山壓力，首先是原始應力場中的巷道。針對此種環境下對井下巷道所造成的較大影響，在原始應力場下開展巷道開挖作業時，按照不同特征將此種壓力分為以下兩種：一種是針對巖石層下方的巷道，受到巖層重力應力場的影響會對巷道造成較大的危害。二是在環境發生改變時會改變巖石層重力及其對巷道穩固性的影響，加之受到其自身承重力和結構作用力等綜合應力影響，也會出現參與結構的應力場環境。其次是在井下開展機械作業時會導致井下巷道壓力的增加，尤其是在深入巷道內部開展挖掘和開采作業時，會對巷道內部巖石層造成破壞并改變井下巖石層結構狀態，基于上述情況也會改變巷道內部應力以及內部壓力環境。最后是在巷道開采作業中會在采掘位置需要支撐力，這就需要通過支撐部件的應用來支撐巷道內部空間，但是在巖石層重力的影響下，會使得巷道壁周邊作用力的增加，使得其周邊圍巖的壓力較大，此應力會隨著支撐面積的增加而增大[2]。

3 煤礦回采巷道礦山壓力的控制技術要點

在開展礦山支護作業之前，需要了解巷道礦山壓力變化情況并確定壓力場控制以及巷道開采時間。因此在內應力場形成前期以及后期要做好支護設計工作，對于前者來說，就是在巷道原有壓力的應力下，開采作業會直接影響開采空間，擴充開采空間，推進后續工作開展，為此要采取工程類比的方式開展煤幫加固工作。在此壓力控制工作中，先要對巷道挖設位置進行明確。也就是基于對內外應力因素進行確定之后，明確應力場位置以及巷道挖設位置，設置在二者結合點來防止受到巖石重力和巷道內壁支力的影響。此外，針對內應力場形成時在礦山壓力影響下可能會對煤層造成的變形或壓縮等問題，表現在出現壓縮或變形時會改變壓力的特點，進而形成內壓力[3]。

4 煤礦回采巷道礦山壓力控制與支護技術措施

4.1 巷道挖掘位置的確定

在開展巷道挖掘作業之前，需要對挖掘區域開展探測工作來確定此區域的應力場大小。在此過程中需要對應力場的位置和影響范圍進行初步確認，然后在巷道挖掘作業中對挖掘位置問題進行全面分析和研究，防止內外應力對挖掘作業產生負面影響。因此要結合內外應力場的結合點對巷道開挖位置進行確定，保證在此位置開展挖掘作業時受到較小的巖石重力以及巷道內壁支撐力作用。同時還要適當擴大預留煤柱的寬度，不僅可以實現外部壓力因素的降低，而且可以在巷道使用完成之后對其進行回收再開采作業，實現煤炭回采率的提升，保證煤礦回采作業安全。

4.2 巷道挖掘時間的確定

由于煤礦回采作業比較依賴機械設備，但是在使用機械設備時容易對巷道內部巖石層環境以及井下作業的應力場環境造成改變。為此，要對現有應力場環境開展監測工作，在此基礎上對井下機械作業時間和推進速度進行科學計算，合理確定挖掘時間，預防上述問題，保障作業環境的穩定性。

4.3 錨桿支護參數的確定

錨桿參數的確定需要依據圍巖性質和穩定類型等因素來選擇和確定，比如對于松動圈圍巖來說，此種圍巖具有較小的自重，難以發揮錨桿在圍巖上的作用。針對此類圍巖則無須采取錨桿支護措施，僅需要采取噴射混凝土的方式進行支護。在此支護技術應用中需要厚度混凝土噴射厚度為20cm以下。而由于圍巖條件處于中等穩定狀態時會出現顯著的碎小與脹裂問題，增加出現巷道巖體裂縫的概率，需要通過錨桿的應用來防止上述變形問題。也就是在松動圈之外固定錨桿時，將此錨固段設置在塑性區中，結合懸吊理論來確定錨桿參數，發揮其拉伸、擠壓與加固等作用。

如果巷道中的巖石松動圈在1.5m以上，則會引發巖石的較大變形問題，針對此問題則需要增加支護強度并控制支護的可塑性。針對此問題，則應采取錨噴網支護結構，確定錨桿參數的方法同上。由于松動圈的厚度較大，因此所用錨桿的長度也需要相應增加，這也增加了安裝難度，容易由于拉力加大而影響錨固效果。而針對層狀結構的巖層，需要在堅硬巖層中設置錨固點，并且在巷道表面設置金屬網，通過噴層處理來提升支護效果。

5 結束語

在煤礦回采巷道中開展礦山開采作業時，針對不同類型的礦山壓力需要做好壓力控制與支護作業，以保障開采作業安全。為了確保礦山控制與支護方法的科學性，需要對整個開采環境進行分析并開展分類研究，準確確定壓力數據，選擇合理的支護方案，減少巷道變形量。