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动压下掘进巷道支护技术与工程实践研究

2015-07-21吉胜

中国高新技术企业 2015年28期
关键词:煤炭开采

摘要:文章讨论了如何进行动压下掘进巷道支护技术研究,分析了如何使用锚杆支护技术进行巷道支护操作应用,并就如何采用高强锚杆支护预受力支护体系进行快速、安全和高效生产提供了经验和途径。

关键词:掘进巷道支护技术;动压;锚杆支护技术;预应力支护体系;煤炭开采 文献标识码:A

中图分类号:TD353 文章编号:1009-2374(2015)28-0166-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.082

1 概述

在巷道掘进后对煤矿进行支护时,需要准备足够强大的保护措施,相关工作人员在矿内进行作业时,稍不注意就会造成难以估计的损失和灾难。鉴于对人身安全的考虑,必须对巷道进行掘进超前支护。因为我国煤矿随着科学技术和挖掘技术的现代化发展,不断出现矿下深度增加、难度系数加大、高地压高地温高扰动、安全防范意识薄弱等现象,为了避免不必要的意外与麻烦,我们必须在进入矿内进行地面操作时,就提前准备一系列的巷道支护工作,对动压条件下巷道的支护方式进行优化设计,同时提出了掘进巷道支护技术研究与工程实践的理念,用以解决在动压条件下巷道的掘进方式

问题。

2 掘进巷道支护技术概况

近年来,随着我国国民经济的快速发展和科学技术的不断进步,对煤矿内部深度开采的问题进行了大量的研究和分析。在众多的煤矿防护技术中,我们为何优先选择掘进巷道支护技术作为研究的重大课题,是因为在大型矿建工程中动压下掘进巷道中,支护技术可以在不同时段、不同条件适应任何环境、任何温度进行零障碍、零不适的积极作用。

本文针对巷道现状出发,研究了围岩与岩面变形之间的关系、深部围岩的变形特征和破坏机理原因。分析了支护技术对巷道变形的影响,达到有效防止围岩变形的效果,对改善煤矿生产工作环境具有重大的现实

意义。

尽管掘进巷道支护技术还不能作为最新研究成果被业界广泛使用,但为了保全大局,保障在场所有人员的人身安全,我们针对不足提出了支护理论二次理论,第一次允许在保持巷道稳定的前提下,进行一定范围内的变形和伸展,在一定时间段后,再进行推进式二次变形和拉伸,以此来保护巷道的稳定性和安全性,减少周而复始的破坏和损耗,避免煤矿工作效率和效益的降低。

3 掘进巷道锚杆支护技术的作用

在我国,锚杆技术作为一种新型的加强支护方式,被广泛应用于掘进巷道支护方面,它的主要作用是弥补锚杆支护能力不足的缺陷,以后备力量的方式将巷道围岩控制在其允许变形范围内,最大限度防止锚杆间的破坏煤体发生塑性大变形,延误变形时的扭曲性破坏和延伸,避免因过度变形而破坏围岩本身的承载程度,帮助围岩周侧受力减弱,从而提高巷道支护的整体性和统一性,达到巷道的正确维护要求和完善防范措施。

锚杆支护技术针对巷道围岩的游动性、扩充性和不定性,进行深度分析和缓解巷道围岩带给施工队伍的困难。因其可以在自身灵活调整的情况下,改善已经发生严重变形的破碎性围岩力学性质,再加上为了提高回采率而使用的沿空掘进巷道方式的使用,显著提高围岩结构面的强度,提高巷道的整体强度和间接联系,如果又同时受到多个采面的影响,对于受力挤压的区域,可以通过拉伸减少一些摩擦力,提高围岩的耐磨能力,保护围岩的离层、活动、震裂等不受过大的波及,在锚固层形成新的承载层,分散原有的有害变形,提高整个巷道的安全性和保险性。

4 回采动压影响巷道支护方案

动压巷道的主要特性是:工作人员在巷道进行地面掘进工作时,处于原始场地的压力受到手动施压的影响,改变了原有的压力平衡状态,重新分布了分子的结构和走向,导致巷道围岩因为过度受力而产生挤压走位,原有静压状态下的稳定再次被打破,位移矢量再度上升,如果不通过一定强大的反作用力是难以回复原位,达到安全平衡的效果的。

动压巷道的支护参数不能仅考虑巷道围岩的作用力反应,还要多考虑巷道附近岩壁乃至方圆数公里外的受力效果影响,以免发生大面积位移牵连和震波波及。随着开采强度的不断加大,难度指数不断飙升,许多煤矿在忽视了自身条件限制的因素下,坚持进入深部资源开采状态。在巷道深入开采中,动压下的巷道从掘进到报废要经受比较大的变形和破坏。它的核心思想是充分调动围岩的承载能力,使支架自动调整围岩释放的能量和支护体所吸收的能量,而且随着开采深度增加,有些年久失修的巷道需要投入巨大的人力物力去进行反复维修,不但造成巷道的维护费用高于掘进费用数倍,造成不必要的浪费和损耗,还严重影响矿井正常生产。

而巷道的地层压力增大、波动范围较广,造成巷道受力不均、走向分布不齐,所以所处的地质力学环境因为外力因素影响变得错综复杂,此时沿空巷道将处于一个极其复杂的围岩环境中,不但无法进行正常施工,还令巷道变形控制难度急剧增大,可控指数直线下降,断面收缩严重,难以修复平整,给支护设计和安全施工带来了很大困难。而保证该沿空巷道的安全、快速施工,是保证工作正常开展的关键性问题,我们必须根据上述情况做出快速反应和完善应对。

5 掘进措施避让动压技术

在巷道掘进过程中,锚杆支护技术主要是针对邻近不停回采的岩面进行合理支护,可有效避让和控制围岩变形,可将浅部不稳定煤层锚固在深部稳定煤层中,不易走位,同时可施加预应力,在提前监测的数据显示帮助下,主动采取相应措施支护围岩,充分调动巷道深部围岩的强度。

在深部巷道中,因为构造力度复杂,锚杆支护技术采用高强度和高效率的组合式支护系统,有效预制围岩变形和再度维修。不但改变了原岩应力场中的静压状态,还促进了掘进方式的改变;进行下一次的支护作用时,因为锚杆支护作用使巷道原有静压状态下的稳定平衡被打破,不但导致巷道围岩受力的多次分布不再集中在某一区域,还会影响围岩发生显著变形位移增大。由于现有支护方式不能适应动压影响带来的应力变化情况,统计进行结果反馈,导致巷道受到不同程度的破坏和分裂,从而影响巷道的正常安全使用。

因为过大的动力将会改变巷道的走向,我们采取措施时必须明确这一点,如果原有的掘进方式不适合某个时刻的巷道变化,我们就要学会随机应变,灵活调度最有利的补救措施来制定开采方案,否则将会遇到煤矿崩塌的危险。

6 结语

虽然锚杆支护技术具有很多优越性,在掘进巷道支护技术中得到快速推广,但是自身还是存在一些问题和不足。针对回采巷道的控制走向不够明确,控制力度不够强大,为了保护巷道的稳定性和可靠性必须采取传统的固定模式,但是因为巷道的围岩性质差、自承能力低,流变性显著,应力集中系数增加,断层节理降低能使结构面弱化,对支护能力产生不平衡作用,而锚杆支护技术的材质、结构与其力学性能紧密相关,如果不能满足上面的各种要求,在高应力大变形围岩条件下,锚杆支护不能发挥让压、卸压作用,满足不了工程需要,存在着极大的风险和隐患。

因此,随着对锚杆支护机理的深入研究,施工工艺、施工设备的改善,在高应力条件必须使用同等符合使用条件的锚杆,才能充分发挥锚杆的支护作用。锚杆支护技术经过不断发展、完善,锚杆支护理论将不断更新,协助掘进检测标准将不断提高,完善巷道锚杆支护理论,提高煤巷锚杆的科学性、实用性和安全性是促进巷道锚杆技术发展的一个重要因素。

作者简介:吉胜(1964-),男,山西临汾人,太原煤气化华胜煤业有限公司党委书记,工程师,研究方向:煤矿掘进、采矿工程。

(责任编辑:王 波)endprint

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