煤礦沿空留巷支護(hù)技術(shù)研究

李貴財(cái)

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技不斷進(jìn)步的影響之下，各類生產(chǎn)企業(yè)對于煤炭等資源的需求量也在不斷上升，必須要更加重視對煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，在保證安全的前提下，提升煤炭的開采效率，提高礦坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本文將根據(jù)沿空留巷技術(shù)的概念展開分析，并討論其中支護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦工程;沿空留巷;支護(hù)技術(shù)

引言：

隨著我國基礎(chǔ)民生經(jīng)濟(jì)事業(yè)的不斷發(fā)展，在對煤炭資源的開采應(yīng)用當(dāng)中形成了更加科學(xué)的支護(hù)案，在提升煤炭開采效率率的同時(shí)，更好地保證了作業(yè)人員的安全性，是符合現(xiàn)代化安全生產(chǎn)方針的一種科技手段。

一、沿空留巷技術(shù)的概述

在煤炭的開采過程中利用回采巷道建構(gòu)方式，減少掘進(jìn)巷道，減少工作面之間保安煤柱的留設(shè)，從而提升煤炭資源的回采效率，對于維護(hù)現(xiàn)場安全和保護(hù)煤炭資源具有積極意義。

在回采巷道通過建設(shè)支護(hù)構(gòu)件（打設(shè)恒阻錨索，單體液壓支柱配合π型梁，有效提升頂板內(nèi)部荷載力，通過切頂卸壓的方式，配合U鋼擋矸支護(hù)，形成一套科學(xué)的采煤體系。結(jié)構(gòu)建設(shè)方式。

二、支護(hù)建設(shè)的具體應(yīng)用

（一）支護(hù)模型建立

在進(jìn)行煤礦工程內(nèi)部的支護(hù)結(jié)構(gòu)建設(shè)之前必須要展開詳細(xì)地受力分析和模型構(gòu)建，通過科學(xué)的計(jì)算確定支護(hù)的建設(shè)體系和工藝技術(shù)，維護(hù)好礦坑內(nèi)部的穩(wěn)定與安全。支護(hù)模型的設(shè)計(jì)需要按照礦區(qū)的巖體力學(xué)進(jìn)行等量換算，將形制不夠規(guī)則的巖石受力轉(zhuǎn)化為更加規(guī)范的立方體結(jié)構(gòu)，合理確定內(nèi)部支護(hù)體系建設(shè)的尺寸和規(guī)模。不同的土層分布下對應(yīng)的體積與剪切模量有很大差異，如粉砂巖的剪切模量更大，而煤層區(qū)域的剪切模量則更小，只有經(jīng)過有效的煤礦區(qū)域地質(zhì)探測才能夠確定支護(hù)模型的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)[2]。由于煤層分布并不是統(tǒng)一的平面狀態(tài)，在進(jìn)行模型建設(shè)時(shí)還必須要考慮到其帶來的荷載力偏差，將其和支護(hù)模型當(dāng)中的軌道上結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，確定最科學(xué)的支護(hù)模型體系。

（二）錨索支護(hù)的概述

錨索支護(hù)技術(shù)是通過預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體，通過錨索對加固巖體施加預(yù)應(yīng)力，限制巖體有害變形，可以明顯改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖的自承能力，從而保持圍巖的穩(wěn)定。其主要特點(diǎn)是采用樹脂錨固劑錨固錨索尾部進(jìn)行錨固，由于錨索的錨固點(diǎn)位于較深的穩(wěn)定巖層中，根據(jù)懸垂基礎(chǔ)理論，下端不穩(wěn)定巖層懸垂在上端穩(wěn)定巖層。

（三）加強(qiáng)支護(hù)建設(shè)

煤礦巷道內(nèi)的基礎(chǔ)支護(hù)結(jié)構(gòu)建設(shè)需要考慮到錨索結(jié)構(gòu)的直徑、間距、長度等參數(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，為了提升對煤炭資源的有效開采，會(huì)在巷道的頂部進(jìn)行擴(kuò)充建設(shè)，這也對支護(hù)體系的構(gòu)建提出了更高的承載要求，需要對實(shí)際負(fù)載力進(jìn)行進(jìn)一步的加強(qiáng)。技術(shù)人員可以通過在頂板處加固螺絲的方式來調(diào)節(jié)錨索體系的實(shí)際受力，在每一個(gè)間隔區(qū)域內(nèi)多設(shè)置三顆直徑為20mm的頂錨索，其中的間距調(diào)為1.6m。在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)建設(shè)完成后，總共煤礦巷道內(nèi)部的錨索支護(hù)可以分為三類，即基礎(chǔ)體系、加固體系和頂層刷擴(kuò)體系，將礦區(qū)內(nèi)的支護(hù)穩(wěn)定性提升到最佳狀態(tài)，并為煤炭資源的開采提供了更加廣闊的空間。如下圖1所示。

（四）斷面變化分析

為有效保障在巷道內(nèi)部支護(hù)體系應(yīng)用時(shí)的有效性，可以采用斷面分析的方式來判斷其受力變化，并將其作為煤炭資源開采作業(yè)的重要信息參考。通過橫截面的受力顯示，在巷道內(nèi)部，水平方向上的應(yīng)力場分布集中在支護(hù)體系當(dāng)中，較好地驗(yàn)證了沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，為開采人員開辟了一條穩(wěn)固的通道[4]。在礦區(qū)內(nèi)部的煤炭資源開采完成后，采用110工法，進(jìn)行切頂，工作面開拓之前，超前工作面運(yùn)用恒阻錨索將其作用到巷道頂板中開展加固工作;之后再運(yùn)用聚能爆破技術(shù)將巷道所屬頂板切斷;直到工作面回采時(shí)，在巷道回采幫進(jìn)行擋矸建構(gòu)，當(dāng)采空區(qū)的頂板沿著切割縫垮掉之后，使其自動(dòng)構(gòu)建出巷幫，并運(yùn)用單體、工字鋼梁、支架等實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)支護(hù)作用，持續(xù)到覆巖得以穩(wěn)定。

（五）沿空留巷原理

采用以“切頂卸壓+恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”為主體的思路，通過頂板精準(zhǔn)預(yù)裂爆破，在局部范圍切斷工作面頂板應(yīng)力傳遞，減弱巷道頂板壓力，且頂板精準(zhǔn)預(yù)裂爆破能夠很好地保護(hù)巷道頂板完整性。利用恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，控制頂板下沉，使所留巷道圍巖能夠最大限度地發(fā)揮自身承載作用，減少巷道變形，保證留巷效果。工作面推進(jìn)過程中，根據(jù)巷道所受采動(dòng)影響程度、巷道內(nèi)工程施工情況和巷道所處應(yīng)力及穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合以往現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，在工作面前后新增三個(gè)區(qū)域，即超前切頂區(qū)、滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)、成巷穩(wěn)定區(qū)。

（六）頂板精準(zhǔn)定向預(yù)裂切縫技術(shù)原理

切頂卸壓是是基于“切頂短臂梁理論”的一項(xiàng)具有原始創(chuàng)新的先進(jìn)技術(shù)，頂板精準(zhǔn)定向預(yù)裂切縫是切頂卸壓的關(guān)鍵。充分利用巖體的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)度特征，通過使用聚能管實(shí)現(xiàn)了爆破后在兩個(gè)設(shè)定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中張拉應(yīng)力，在工作面回采前，利用頂板預(yù)裂爆破技術(shù)，在回采巷道煤柱側(cè)形成定向預(yù)裂縫，切斷頂板應(yīng)力傳遞路徑。

（七）礦壓監(jiān)測分析

在煤礦開采作業(yè)區(qū)域內(nèi)必須要設(shè)立實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備對礦壓、受力等多方面的結(jié)構(gòu)參數(shù)予以監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息異常時(shí)能夠立刻警報(bào)中控平臺查驗(yàn)對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效預(yù)防了礦區(qū)巷道內(nèi)的安全事故發(fā)生。在巷道內(nèi)的支護(hù)體系建設(shè)過程當(dāng)中對于頂和底兩部分都設(shè)置有傳感探測設(shè)備，通過通訊渠道將這些力學(xué)信息錄入到數(shù)據(jù)庫內(nèi)并予以分析，當(dāng)頂和底板的移盡量超過偏差許可時(shí)會(huì)立即啟動(dòng)定位系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)紅處理。在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，隨著煤礦開采工作面的不斷推進(jìn)，支護(hù)體系當(dāng)中的頂和底板移盡量會(huì)不斷上升并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，說明支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)能夠保證在巷道區(qū)域內(nèi)的開采作業(yè)需求。

三、結(jié)束語

在煤礦開采的過程當(dāng)中，對于礦區(qū)和巷道的支護(hù)體系建設(shè)更有利于保障現(xiàn)場的安全與穩(wěn)定，特別是在沿空留巷技術(shù)當(dāng)中對于煤炭資源的開采程度更高，也就對該區(qū)域內(nèi)的支護(hù)建設(shè)荷載力提出了更高的要求，需要通過前期勘測和模型設(shè)計(jì)共同制定科學(xué)的支護(hù)建設(shè)方案，確保內(nèi)部的錨索設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)參數(shù)符合方案要求，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的巷道支撐。

參考文獻(xiàn)：

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