軟巖礦井采區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)

王新建

【摘 要】針對(duì)開(kāi)灤東歡坨礦的煤層賦存狀況及自然地質(zhì)條件，圍繞軟巖礦井采區(qū)巷道設(shè)計(jì)優(yōu)化的問(wèn)題進(jìn)行了研究和實(shí)踐，發(fā)揮了總體效果，確保了“一井一面”，實(shí)現(xiàn)了軟巖復(fù)雜條件礦井安全高效集約化生產(chǎn)。

【Abstract】Aiming at the coal seam occurrence and natural geological conditions of Donghuantuo mine in Kailuan， this paper studies and practices the optimization of roadway design in the mining area of soft rock mine， and gives full play to the overall effect to ensure "one well one side" and realize safe and efficient intensive production in the mine with complex conditions of soft rock.

【關(guān)鍵詞】軟巖礦井采區(qū)；巷道；優(yōu)化設(shè)計(jì)

【Keywords】 soft rock mine area； roadway； optimization design

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD822 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）02-0146-02

1 引言

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以往于軟巖礦井采區(qū)所產(chǎn)生的諸多問(wèn)題也能夠隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而得到一定的解決。巷道在煤礦開(kāi)采的建設(shè)前期，由于各種地理原因?qū)е缕湓谲泿r礦井采區(qū)建設(shè)十分困難，或者建設(shè)完之后對(duì)整個(gè)工程的使用并不理想，所以就要通過(guò)對(duì)巷道進(jìn)行優(yōu)化來(lái)滿(mǎn)足工程對(duì)其的需要。

2 巷道圍巖變形破壞特征

巷道圍巖本身節(jié)理發(fā)育程度相對(duì)較低，處于一種破碎結(jié)構(gòu)，圍巖本身會(huì)受到巷道挖掘和采動(dòng)的影響作用，經(jīng)常容易出現(xiàn)擠壓流動(dòng)性變形。巷道挖掘之后彈性恢復(fù)，彈性恢復(fù)過(guò)程中由于巖石本身的一些特性導(dǎo)致巷道收縮變形，這個(gè)過(guò)程中會(huì)不停地發(fā)生一些膨脹松動(dòng)的情況，以及彈性恢復(fù)的情況，這些情況在一定程度上都會(huì)影響巷道的使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響整個(gè)煤礦的開(kāi)采，所以要對(duì)巷道進(jìn)行不斷的優(yōu)化，防止由于本身原因?qū)е聦?duì)整個(gè)工程產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.1 巷道變形特點(diǎn)

第一，來(lái)壓迅速，受到原始應(yīng)力重新分布的影響，在巷道開(kāi)挖之后圍巖會(huì)迅速變形，礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板、地板移動(dòng)速度出現(xiàn)最高值；第二，流動(dòng)性相對(duì)顯著，受到巷道挖掘或者是翻修的影響，在后續(xù)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)巷道都會(huì)存在一定的不穩(wěn)定，變形速度將會(huì)持續(xù)處于一種較高的狀態(tài)；第三，對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)極為敏感，翻修、臥底、放炮等都會(huì)給相對(duì)穩(wěn)定的巷道帶來(lái)影響，圍巖變形將會(huì)出現(xiàn)急劇增大的狀況。

2.2 礦井巷道失修情況

開(kāi)灤東歡坨礦自然地質(zhì)條件在國(guó)內(nèi)外都非常罕見(jiàn)，深井軟巖具備高應(yīng)力、強(qiáng)膨脹的特點(diǎn)。在采動(dòng)影響作用之下，巷道需要保持頻繁的翻修頻率，只有這樣才能夠避免巷道出現(xiàn)癱瘓狀態(tài)，而一般情況下巷道維護(hù)周期僅僅有6個(gè)月左右時(shí)間。采區(qū)巷道在近十幾年的發(fā)展過(guò)程中在不斷地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)灤東歡坨礦針對(duì)支護(hù)問(wèn)題以及巷道破壞原因，從微觀到宏觀對(duì)巷道圍巖進(jìn)行分析，井田動(dòng)力區(qū)劃等問(wèn)題展開(kāi)相應(yīng)研究和分析工作，在對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上可以確定軟巖巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)原則，并在此基礎(chǔ)之上針對(duì)不同地質(zhì)條件、類(lèi)型巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等開(kāi)展針對(duì)性的軟巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)工作，不斷優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、支護(hù)。

3 采區(qū)巷道位置選層的優(yōu)化

開(kāi)灤東歡坨礦井下巖層處于一種非均質(zhì)狀態(tài)，其中絕大部分都是極軟巖，極難處理，盡量將不含或少含蒙脫石礦物質(zhì)，較完整、不破碎、單軸飽和抗壓強(qiáng)度較高的巖層內(nèi)部選定為采區(qū)主要巷道開(kāi)鑿位置，避免將開(kāi)鑿位置設(shè)置在極膨脹、極破碎、極軟、強(qiáng)流變的軟巖內(nèi)。如南二采區(qū)運(yùn)輸、回風(fēng)、軌道中巷道選在了煤層底板以下，從2000年3月成巷以來(lái)仍保持穩(wěn)定。

應(yīng)力集中系數(shù)主要指的是巷道圍巖中重新分布應(yīng)力與未開(kāi)挖前應(yīng)力的比值，它的主要作用和意義是能夠準(zhǔn)確反映出圍巖應(yīng)力集中程度。一般來(lái)說(shuō)，在自然應(yīng)力比值系數(shù)不斷提升的過(guò)程中，各種形狀的巷道頂?shù)装鍛?yīng)力集中系數(shù)會(huì)呈現(xiàn)出一種線性增加趨勢(shì)。自然應(yīng)力比值系數(shù)在構(gòu)造應(yīng)力作用下會(huì)大于1，在此狀態(tài)下，巷道頂?shù)装逯匦路植紤?yīng)力集中程度高，非常容易出現(xiàn)變形或受到破壞。總的來(lái)說(shuō)，軟巖巷道劇烈收斂以及底膨出現(xiàn)的根本原因就是構(gòu)造應(yīng)力。因此，需要不斷調(diào)整整個(gè)地質(zhì)構(gòu)造和煤層的分布以及開(kāi)采的方位，使主要巷道的方向與這些能夠平行。不斷地根據(jù)整個(gè)煤層的結(jié)構(gòu)以及整個(gè)地區(qū)的地理狀態(tài)，對(duì)巷道進(jìn)行更改，使巷道能夠符合，將煤層以及煤的煤炭資源運(yùn)出。整個(gè)過(guò)程中應(yīng)該使巷道的位置處于應(yīng)力集中系數(shù)最小的地方。通過(guò)不斷的調(diào)節(jié)來(lái)保證整個(gè)巷道的穩(wěn)定性，使整個(gè)巷道能夠安全又可靠地為煤炭運(yùn)輸提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)條件。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)灤東歡坨礦通過(guò)十幾年來(lái)巷道支護(hù)改革和巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)，使軟巖巷道的狀態(tài)有了很大的改善，截至2004年末，礦井巷道總長(zhǎng)度為28091 m，巷道失修長(zhǎng)度621 m，嚴(yán)重失修長(zhǎng)度233 m，失修率2.211%，嚴(yán)重失修率僅為0.829%，取得了較好的技術(shù)成果和經(jīng)濟(jì)效果。