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试论采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策

发表时间:2021-09-28 15:43

引言

  改革开放以来,我国工业化发展速度不断加快,对煤矿资源的需求也在日益上升。随着开采不断地深入,如何保证巷道围岩稳定性成为了当前的难题。虽然当前的巷道支护方式有很多,但是各种支护方式多少存在一些缺陷和问题,对于煤矿深部巷道来说,如果支护方式不合理,支护措施形同虚设。那么巷道中的变形及破坏问题极容易导致巷道的崩塌,所以需要对这些变形和破坏进行反复的维护和翻修,导致支护成本大大增加。同时也极大地影响了煤矿开采的进度,对煤矿开采工作的安全生产和经济效益带来了不良的影响。

  1 煤矿深部围岩稳定性控制理论

  从力学角度来分析,岩体自身强度以及变形性质是影响煤矿深部岩巷围岩稳定性的决定性因素。此外,其稳定性还在一定程度上受到围岩自身应力的影响。围岩体本身主要包括两个部分,分别是结构面和岩石骨架。在煤矿深部的围岩,经过长年的发展以及受到高压的影响,自身骨架强度已经变得非常大,所以,真正能够对围岩强度和变形性质造成影响的主要是结构面[1]。为了能够进一步保证煤矿深部围岩的稳定性,应当从围岩的结构面以及受到的应力状态着手。在进行开挖时,煤矿深部岩巷围岩体受到的应力会发生改变,围岩自身的稳定状态也会受到影响,虽然在刚开始受到的影响较小,但是随着开挖工作的持续进行,围岩侧压降低,应力开始转向巷道,会使巷道周向应力明显增加。一般情况下,对于800m左右深度的巷道来说,近表围岩围压卸荷大概为20MPa,巷道周向应力大概为60MPa,受到巨大应力的影响,会使围岩劣化速度以及裂缝扩散速度不断加快,最终使围岩失去稳定性。因此,在开挖巷道后应当及时采取支护措施,从而使围岩的稳定性得到有效保证。

  2 煤矿深部岩巷围岩稳定与支护的要点

  2.1 尽量维护围岩体残余强度

  通常情况下,当巷道内水和风化对围岩产生影响后,围岩自身强度必然会出现下降趋势。所以,在开挖巷道后要立即进行混凝土的喷射,封闭好围岩表面,避免围岩发生潮解和过度风化,减少围岩强度的损失。在实际施工时,应当选择光面爆破的方式,能够使围岩强度得到进一步的维护。

  2.2 提升围岩残余强度

  (一)将支护阻力提高。通过将支护阻力提高,能够有效改善围岩受到的应力。在开挖巷道之后,应当及时做好主体支护结构,利用支护的方式改变过去围岩的两向应力状态,让其往三向应力状态进行转变,从而使围岩的强度得到提升。(二)锚杆支护加固围岩。有研究表明,对于已经发生破碎的围岩,利用锚杆能够在一定程度上提升围岩的残余强度,让其形成锚固层,提高整体的承载能力和可塑性。随着锚杆锚固力的增加和密度的提升,锚杆加固的作用也会更加明显[2]。(三)注浆加固。如果岩体破碎情况比较严重,采用锚杆无法起到较好的加固效果,那么可以考虑采用注浆加固,有效提升破碎围岩的强度。

  2.3 将围岩自身承载能力发挥出来

  (一)全断面支护。在煤矿深部巷道支护中,其承载的压力大多数都是围岩变形压力,此压力主要来自巷道的四周与底板。在巷道支护中,底板的支护环节相对较为薄弱,如果支护不当容易发生底鼓情况,会降低整体支护结构的承载力,无法发挥支护效果,所以在支护过程中要求做到全断面支护。(二)可缩性支护。由于巷道支护中,受到的荷载大多数来自于围岩变形压力,所以一旦变形压力过大,普通的刚性支护就无法起到支护作用,整个支护结构也就无法发挥支护效果,无法将围岩的承载能力发挥出来。但是可缩性支护的应用可以有效解决这种问题,当围岩承载力低于变形压力时,支护体通过可缩让压,有利于减少支护结构的受力情况,所以在巷道支护中,针对主体结构要选择锚喷网支护等可缩性支护[3]。(三)二次支护。由过去的经验以及理论得出,在煤矿深部巷道仅仅采用刚性支护很难起到较好的支护效果。在进行支护工作的前期阶段,由于巷道变形速度较快,变形量也比较大,仅采用一次支护很难满足变化过程,所以为了使围岩的变形特征需求得到满足,还需要采取二次支护的方式。在实际支护中,要对二次支护时间进行充分掌握,应当在围岩变形稳定后选择最佳的支护时间,具体还要以工程监测数据作为参考进行合理选择。

  3 提高煤矿深部岩巷围岩稳定性的支护对策

  3.1 锚杆支护技术

  锚杆的特性主要包括四种,分别是:锚固点高、刚度高、强度高以及预拉力高。在实施锚杆支护技术的过程中,要着重对锚杆四个特性的运用予以重视,不同的特性在实际应用过程中发挥的作用也不相同。通过不断提高预拉力,能够使锚固内部岩层离层得到减小,从而在巷道表面建立承载壳结构,或者在巷道顶板位置建立梁结构,将巷道上方的应力向巷道侧面进行转移,有利于对巷道顶板稳定性的维护,并且可以更好地发挥控制片帮的作用;锚杆支护强度较高时,可以做到高阻让压,有利于围岩稳定性的控制;锚固材料组件刚度越高,越有利于扩散螺栓的荷载,同时对于强烈动压有着较好的抵抗作用,能够有效控制巷道围岩的变形。见图1。

  3.2 注浆锚索加固技术

  注浆锚索加固技术的应用,能够改善围岩的物理学性能,能够使围岩稳定性得到一定程度的提高。在进行围岩加固时,利用注浆的方式充实围岩弱面,能够让其与围岩岩体胶结成为一个整体,使围岩的受压能力以及稳定性得到有效的提高。合理运用注浆锚索加固技术,还能够有利于支护成本的节省,注浆加固支护体位置的不同,产生的作用也存在着一定的差异。同时,利用注浆锚索可以隔离水域空气,能够对围岩缝隙起到较好的密封效果,还可以对围岩缝隙进行填充。通过建立组合拱结构的方式提高围岩的承载范围和承载力,对于破碎围岩也能够起到胶结的作用,有利于围岩整体稳定性的提升[4]。此外,注浆锚索加固技术可以均匀分布支架与喷层的荷载,能够更好地承载受到的应力。

  3.3 岩巷帮顶协同支护

  深部岩巷帮顶支护技术是保证巷道围岩稳定性的主要支护技术之一,而岩巷帮顶协同支护技术是在此技术基础上建立的。在实际运用过程中,要求各子系统之间进行协同支护,以整体协同为目标,对锚固参数进行深度优化,使锚固结构物理学性能得到一定程度的提升。通过应用岩巷帮顶协同支护技术,能够对巷道围岩锚固结构的应力状态进行有效改善,使集中应力下降,有利于减少围岩变形情况的发生。另外,深部岩巷帮顶协同支护技术可以使锚固结构的抗变形能力得到提升,进一步稳定锚固结构,在实际运用过程中能够为保证围岩稳定技术的应用效果提供有效支持。

  3.4 底板主动卸压

  卸压能力的高低不仅受到开巷间隔时间的影响,同时与卸压槽的形状、宽度、深度以及方向有着紧密的联系。在运用底板主动卸压技术的过程中,底板中部卸压槽能够改善底板应力的分布情况,将底板應力转移到围岩深层,从而减少巷道浅层围岩受到的应力[5]。由于巷道浅层围岩应力的降低,使得巷道变形以及毁坏情况能够得到更好的控制,有利于提升巷道围岩的承载能力。

  4 结语

  综上所述,随着社会的持续发展,对煤矿资源的需求也在不断增加,在深部煤矿开采过程中,为了有效解决巷道围岩出现的变形及破坏问题,应当采取科学有效的支护措施,通过采取锚杆支护技术、注浆锚索加固技术、岩巷帮顶协同支护以及底板主动卸压等措施,能够有效提高围岩的稳定性和支护效果,促进煤矿开采工作的顺利进行,提高煤矿开采的产量以及经济效益。


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