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大断面回采巷道围岩破坏特征及其影响因素

2020-06-10 145 上传者：管理员

摘要：经济社会的发展导致对煤炭需求的不断加大，为了满足社会发展的需要，煤炭企业也加大了煤矿的开采力度。煤矿开采力度加大，开采的难度也逐渐加大，为保障煤炭资源的开采量能满足市场需求，我国相应的技术部门也创新开采方式，不断优化和改善煤矿开采的设施设备。科技水平的提高，煤炭开采的方式逐渐多样化，例如炮采、综放开采、大采高采等，技术的进步和机械设备的优化，煤炭开采产量更大，质量更高，生产效率得到大幅度提升。煤矿的挖掘与开采是在地下作业，容易受到地质灾害的影响，巷道掘进支护技术至关重要，现阶段支护方式多种多样，例如锚杆支护、锚网索支护等。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对大断面回采巷道支护设计研究提出了一些建议，仅供参考。

关键词：
地质灾害
大断面回采巷道支护设计
煤炭机械设备
煤矿开采
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现如今，为满足设备运输、通风等要求，回采巷道断面越来越大，巷道断面的增大降低了巷道的稳定性。井下回采巷道围岩稳定是煤矿高效、安全生产的前提条件，若巷道围岩变形大或是发生顶板冒顶事故，则将严重制约煤矿的安全生产，厘清厚煤层及特厚煤层条件下大断面回采巷道围岩破坏机理，提出合理的支护方案，有效控制巷道在掘进和回采阶段围岩稳定，一直是这个领域的技术难点。

1、大断面回采巷道支护概述

煤炭资源是工业生产所需的主要能源之一，属于不可再生资源，我国工业发展的需求要求煤炭资源被大力开采。我国可开采的煤炭资源是有限的，随着近几年开采力度的加大，存在的浅煤层已被开采的差不多了，其余一部分可开采的煤炭都是地表深处的厚煤层，因此厚煤层的可开采资源进入大家的视野。厚煤层多分布在大断面，开采难度大的原因主要有：一是现代开采设施设备的自动化水平高，也意味着设备的体积庞大、占地面积大，要运输到矿井内就要将巷道的掘宽；二是矿井内必须保持良好的通风性，及时排放出有害气体，也需要大断面巷道宽敞。巷道面积大虽然有利于设备的运输和通风，却容易变形、坍塌。由此可见，研究大断面巷道的支护设计是非常必要的。

2、大断面回采巷道围岩破坏特征及其影响因素

2.1 巷道围岩破坏特征

大断面巷道为了满足大型设备运输的畅通，巷道面积加大加宽，这也容易出现回采巷道围岩被破坏的现象。本研究为了保证调研结果的准确性，专门探究了大断面厚顶煤和其他工作面回采巷道的变形特征，通过对比的方式比较了不同工作面回采巷道的变形情况，得出了结果：一种是垂直方向的变形，巷道面积宽大，支护技术不到位，巷道顶板因承载能力有限会产生破裂甚至下沉，进而拉伸顶板安置好的金属网，当金属网被拉伸过度，就会发生冒漏；另一种则是水平方向的变形，巷道顶板围岩受到挤压，支护钢带随着顶板的挤压发生弯曲、撕裂等现象，支护钢带变形后对巷道的支护效果则会大大降低。巷道围岩受到破坏后发生拉伸或挤压后变形的原因主要是地质情况的变化，具有突发性、强烈性等特点，人类难以预测和掌控，导致巷道支护难度增加。要做好大断面回采巷道围岩的保护就要加固支护设备，提前做好防护措施，随时预防破坏的发生。

2.2 巷道围岩破坏影响因素

大断面巷道的周边都是煤体，与其他工作面相比，围岩更容易受到破坏，破坏围岩的因素有很多，较为普遍和突出的影响因素就是：地质构造复杂，地壳运动频繁；巷道主要沿着煤层进行掘进，巷道的掘进宽度一定程度上会导致围岩受到挤压或拉伸，造成围岩的破坏。

3、大断面回采巷道支护设计研究

3.1 案例

本文主要是为了研究大断面回采巷道采用何种支护方式效果较好，为了保证研究的准确性，笔者专门对煤炭开采工程做了案例分析。首先是对工程整体的概况进行详细分析。试验矿区位于我国山西省的煤体组，地处于地层的中下部，煤矿的形成是远古时代的湖泊沉积而成的，由于矿区的特殊性，所以采取综放开采的方式，首先分析煤层的具体情况，包括地质条件、水文情况、煤体情况以及岩体的特征。根据煤层的实际情况确定好巷道的支护方式，整个过程中详细记录支护数据和效果，为大断面厚顶煤巷道支护方式的设计提供数据基础。

3.2 其他措施

大断面回采巷道开挖之后，顶板围岩的承载能力有所下降，此时运用单一的支护方式无法满足围岩的支护需求。大多数矿井巷道采用的是锚杆支护方式或者索布支护，这两种方式对于大断面厚顶煤巷道来说支护能力较弱。例如锚杆支护，当锚索分布较稀疏，则无法加固巷道围岩产生的裂缝，可能导致巷道出现顶板坍塌、下沉等情况，支护效果差；当大断面巷道开挖后，为了实现更好的支护效果，加大锚索的分布密度，虽然起到了一定的支护效果，但是使用的支护材料过多，利用率不高，就会浪费大量的支护材料，增加企业生产成本。大断面厚顶煤巷道的特殊性，所以要采取专门的支护技术与方案，合理均匀的运用锚杆和索布等支护构件，既能加强支护效果，又能减少材料的浪费与闲置。

大断面与其他的类型的工作面不同，简单使用锚杆支护方式不能起到良好的支护效果，而使用其他传统的支护方式也无法达到支护目的，就会导致巷道承载能力差，受到重力破坏时发生变形，所以在对支护方案的研究中要充分结构大断面厚顶煤巷道跨度大、面积宽及顶煤厚等实际情况，设计专门的支护方式，实现资源的合理配置和支护效果的最优化。回采巷道的支护需要根据围岩的硬度、疏松程度等特点来选取不同的支护方式，一般情况下巷道都采用锚杆支护技术，如果围岩的硬度出现不同情况时，就要根据实际情况调整锚索分布的密度。

例如软岩巷道岩体硬度低，岩石疏松，只是局部加固和增加锚索支护无法加固松散的岩体，导致软岩继续扩散，出现裂缝、冒顶等事故，因此，软岩巷道支护中局部加固是行不通的，需要全面加强锚索支护密度。另一种情况则是围岩出现裂隙时仅仅通过加强锚索的密度也是不能完全达到支护效果的，还需要加强帮部锚杆的密度，通过加强煤体的构成和整体性来维持巷道围岩顶部的稳定性。此采矿工程的施工结果表明，多种支护方式相结合，均匀分布锚索和支护构件，采用两帮锚杆加固帮部支护的方式，对于大断面厚顶煤巷道的支护效果明显，既利于支护材料的充分利用，又能增强支护作用，减少生产事故的发生，这种方式对于大断面支护方式的设计具有实际意义。

4、结语

综上所述，通过对大断面回采巷道的支护参数进行优化，主要从锚索及锚杆的支护方式进行改进，有效提高了巷道的掘进效率及支护强度；同时，对于支护的优化为后续的综采工作面支护工作提供了坚实的基础，对于后续的回采及顶板煤的回收创造了便利。对优化后的相关参数进行现场连续监测及分析，研究发现，同时顶板下沉情况有效改善，巷道支护强度显著增加，能够有效满足后续的生产需求，符合相关安全规程规定。

孔元杰.大断面回采巷道支护设计研究[J].矿业装备,2020(03):26-27.