矿井深部开采矿压与支护技术

矿井深部开采矿压与支护技术

周建平

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摘要：随着矿业经济的发展，矿产资源开发逐步向深部延深，我国将采深1000～2000m界定为深部开采。有学者认为资源深部开发并不仅是开采深度增加，还是一种综合考虑围岩特性、应力状态及应力水平的力学状态。开采矿压显现的主要过程集中在快速变形阶段，需加强对支护技术的控制措施。基于此，本篇文章对矿井深部开采矿压与支护技术进行研究，以供参考。

关键词：矿井深部；开采；矿压；支护技术

引言

对于巷道围岩控制而言，要结合矿井深部开采的基本要求和具体情况，践行过程化技术方案，全面提升支护选择和设计的合理性，最大程度上维持相互作用的规范程度，为井巷处理经济性、可靠性以及安全性的提升奠定基础。

1我国不同区域煤矿主要地质条件特征

我国不同区域的煤矿地质条件特征不同，煤层赋存及分布也有较大差别，开采所面临的问题也有所差异。晋陕蒙地区是我国目前的主要产煤地区，煤层埋深浅、煤层厚、煤质硬，常采用大采高开采模式。但随着开采深度、工作面高度的增加，冲击地压开始显现，厚煤层大采高工作面煤壁片帮严重、矿压显现剧烈，围岩控制面临挑战。煤层地质条件的不同会影响实现工作面智能化开采的原则、路径及目标。相较于综合机械化采煤，智能化开采对地质保障度的要求更高。地质条件越复杂，控制系统就越需要更精准的感知、更快速的分析与决策、更高的数据传输速率。以安徽阜阳中煤新集口孜东矿为例，该矿是典型的“三软”煤层，正在开采的140502工作面处于−967m水平，工作面长为266m，采高为4～6m。煤层存在起伏，呈现回风巷和运输巷两端高、工作面中间低的特点。煤层走向倾角为8～15°，局部为17°以上。围岩（顶底板、煤壁）条件决定了液压支架支护的稳定性、有效性，如果条件较差就会导致片帮、漏矸、扎底等问题。煤层走向/倾向角度变化造成了液压支架、采煤机及刮板输送机空间相对位姿的变化，由于重力作用会导致倒架、上窜下滑、采煤机割顶/割底等一系列问题。矿压是影响工作面开采的重要因素，来压规律不同会影响开采工艺的安排、支护策略、移架速度等。超前巷道稳定性不佳会影响整个工作面推进效率，超前支护、巷道返修等工作用人多、效率低，直接影响工作面自动化水平。基于工面技术装备与煤层条件的适应性及多数煤层赋存条件变化情况的分析可得出，围岩（顶底板、煤壁）条件、煤层走向/倾向角度、矿压及超前巷道稳定性是保障工作面正常连续开采的主要因素。

2矿井深部开采矿压处理机制

2.1明确作用机理

对于巷道矿压控制工作而言，合理性的管控围岩状态是根本要素，只有提升围岩稳定性和变形量大小控制效果，才能更好地打造完整的矿压管理模式，从而避免安全问题。一方面，围岩自身力学性质会对围岩的稳定性形成作用，同时，围岩受到区域应力场的控制，若是作用在围岩上的应力超出其承受的数值范围和强度极限，围岩必然会出现失稳问题。尤其是巷道围岩中煤层的强度，在外力作用下，托石超出的煤层的屈服极限数值，煤层就会直接进入到塑流状态，使得内移或者是底板臌起。另一方面，变形量的增大也会对上覆岩层的支点产生影响，出现支点外移的情况，顶板暴露的面积增大，最终对顶板的应力状态产生影响，使得顶板存在下沉或者是离层问题，最终出现断裂破坏和冒落等现象。综上所述，为了保证矿压处理的合理性和规范性，就要在明确作用机理的同时，结合实际情况维持围岩结构的稳定性，避免压力参数超出极限范围，并结合现场安全处理要求和控制方案提升对应处理效率。

2.2优选支护模式

矿井深部开采过程中，矿压处理也要将支护模式的选择作为关键，尤其是深度在800m以上，其巷道以中硬及中硬以上岩层分布，传统的支护体系不能满足强度要求，这就需要匹配对应的支护技术处理方案，选取锚杆、可缩性支架、改变巷道支护强度、锚喷网联合支护等方式，匹配具体情况，以保证能充分发挥围岩自身的承载力，最大程上提高支护效果，减少矿压不稳定造成的安全隐患问题。

3支护技术分析

3.1明确支护原理

针对煤矿深部软岩巷道的情况和特点，完善相应的支护方案，保证支护效果不仅能有效对围岩予以控制，还要对支护时间予以控制。所谓最佳支护时间，就是将围岩自撑力和以变形为形式转化的工程力达到最大，确保最佳支护时间能满足工程实际需求。本文以XC煤矿工程项目为例，工程项目SX层为可采煤层，平均厚度为7.1m，并且区域内地质储量较好，可供开采的煤矿储量约为6700万吨，分为东西两区。其中，东区的倾角为15°以上、西区的倾角为15°以下。结合煤矿企业制定的基础计划，需要对其进行水平方向的拓展，为了保证稳定性，要对深部开采软岩巷道进行变形控制，主要是因为检测发展拱部喷体出现了锚索、锚杆断裂的问题，且变形下沉量超过400mm。另外，深部高应力软岩巷道支护处理工序中，巷道在开挖处理工作结束后，围岩的应力参数会重新布局，应力高度集中时巷道围岩进入塑性状态，而在应力向着纵向深层次区域偏移后，其应力的集中度就会随之降低，围岩的强度则会优化。所以，在原有力学状态基础上，确保整个支护区域内塑性区域承载效果最佳，且围岩破碎区不会蔓延就是最佳支护时间段。

3.2分析深部岩层应力特点

第一，在岩层开采深度增加的情况下，岩层的应力状态也会逐渐接近水平应力状态，此时，岩层的地应力会随着深度的增加而呈现出增加的态势，两者形成正比例关系。第二，深部岩层在进行对应操作的过程中，巷道受到采动影响的范围有限，一般是浅部开采的1倍到1.25倍。第三，在实际应用技术处理工序中，要想建立完整且规范合理的技术方案，就要全面分析岩层的应力特征，深部岩层中岩体的力学性质出现变化，则匹配的围岩性质也会出现变化，岩体单轴抗压强度会随之增加，这就使得岩石的冲击倾向性逐渐增大，所以，支护处理模式的选择就要区别于浅部开采，更加关注深部岩层的应力情况，以保证处理工序的安全性和整体支护稳定性。

3.3临时支护、开门变为技术

需要结合综合掘进机的液压系统，保障综合掘进机的稳定性。合理设置综合掘进机的闭锁，确保综合掘进机能完成基础的掘进作业。通过机载液压锁的应用，降低综合掘进机的工作强度，也能保障掘进作业的安全性与可靠性。尝试通过掘进施工的形式，以及自行开门施工技术的革新，解决施工环节面临的困难与障碍，以掘进工作零爆破为目标。

结束语

综上所述，本文涉及到的开采矿压与支护技术，虽然各有特性和优势，但应通过综合使用的形式，保障掘进施工的安全性。1)通过对巷道围岩变形特征分析，卸压区巷道顶底板变形发展速率较大，矿压显现显著，未卸压区的变形发展影响范围及变形量均大于卸压区，矿压显现部位也要超前于卸压区;巷道两帮位移呈现波动增长趋势，变形发展主要取决于煤帮侧的位移变化。2）通过完善煤矿开采掘进施工技术，保障生产安全性，提高煤矿的整体生产量，推动煤矿企业乃至整个行业的进一步发展。

参考文献

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