回采巷道压力控制及支护技术分析

　总第２４８期回采巷道压力控制及支护技术分析

李　佳

（山西煤炭运销集团保安煤业有限公司，山西阳泉　０４５０００）

摘　要：顶板事故作为矿井的五大自然灾害之一，严重制约着采掘工作的顺利开展，合理的支护设计需保证在有效控制围岩较早变形离层的同时，还能够充分调动顶板上部结构自身的承载能力。文章分析了矿山压力的形成机理，分别研究了煤层厚度、顶板岩性、回采速度、支护结构对工作面矿压显现程度的影响，基于掘进巷道周围的矿压分布规律提出了支护参数设计选型的思路。关键词：煤矿；回采巷道；压力控制；支护技术

中图分类号：ＴＤ３２２；ＴＤ３５３　　　文献标识码：Ｂ　　　文章编号：１００５２７９８（２０２０）０４００９３０２???

　　巷道开掘后岩体的原岩应力状态被打破，受超前支承压力的影响，部分岩体的承载能力下降，此时如果不对暴露岩体进行有效控制，巷道极易发生结构性破坏，最终导致冒顶等事故。因此在矿井生产过程中，应当对巷道及工作面矿压分布规律进行深入研究，为优化巷道支护提供有力支承。此外，工作人员应当了解巷道变形规律，了解围岩运动与破坏之间的关系，保证巷道在正常服务年限内的稳定。

薄，支承压力峰值、集中系数愈大。

图１　采煤工作面前后方支承压力

１　矿山压力形成机理及影响因素

１．１　矿压形成机理

原岩应力场作为一种非稳定应力场，三个主应力的大小和方向随着空间和时间的变化而变化，在巷道开挖前所受垂直应力基本等于上覆岩层的重量，但随着开采深度的增加，平均水平应力与铅直应力的比值不断减小。深入研究采场周围的原岩应力分布规律可以为合理选择巷道位置、优化支护参数、防治冲击地压等提供重要的支撑。

在巷道开挖过程中，原岩应力遭到破坏，导致其上覆岩层压力增大，而较大的压力会导致围岩的运动发生不同程度的变化。在矿井的开采过程中，应力会出现多次重新分布，顶板部分区域往往存在多个应力场相互叠加的情况，在生产过程中，若支护设计不科学，则会出现冒顶拱帮危险，采煤工作面前后方的支承压力变化情况见图１。

１．２　矿压影响因素

矿山压力的影响因素主要分为自然条件和开采条件两大类。一般来说稳定坚固的顶板对其下沉量及支柱承受压力造成的影响较小，破碎顶板的下沉量及其支柱承受压力都比较大。同等条件下煤层愈

目前，矿井机械化水平急速提升，而实际生产过程中经常会遇到不同类型的断层及破碎带，特殊地质构造的存在不仅会影响巷道周围的应力分布状态，而且还会对采掘作业的效率产生一定的影响。一般而言，工作面的推进速度越快，超前支承压力峰值点越高，且峰值点的距离距煤壁越近，矿压显现就愈强烈。所以要将巷道的掘进速度控制在合理的范围内，从而降低矿压显现的影响。

为有效控制巷道开挖后顶板的下沉，必须对开挖区域的顶帮进行及时、有效的支护，合理的支护结构能够有效适应围岩的初期变形，将整个巷道的变形量控制在合理的范围内，从而充分调动顶板“大结构”单元的承载能力。

２　矿压控制及支护策略

为进一步提高日常生产过程中支护结构的科学性、合理性，在巷道支护参数选择的过程中需遵循如下基本流程：合理选择巷道位置—分析预判待开掘区域矿压分布特征—设计确定支护参数—合理安排施工时间。

２．１　合理选择巷道位置

部署巷道时要尽量避开断层、陷落柱等大的地质构造带，相邻工作面巷道在掘进的过程中，要合理

收稿日期：２０１９１２１１??

作者简介：李　佳（１９８４－），男，河北泊头人，助理工程师，从事采矿技术工作。

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２０２０年４月　　　　　　　　　　　李　佳：回采巷道压力控制及支护技术分析　　　　　　　　　　　　第２９卷第４期

选择煤柱宽度，将待开掘巷道布置在应力降低区内。同时要积极推广使用沿空掘巷、沿空留巷等新型工艺，以保证工作面在提高区段煤柱回收效率的同时最大限度地降低巷道维护成本。除此之外，沿空留巷等工艺还可有效改善工作面的通风条件，从根本上解决上隅角瓦斯积聚的技术难题。２．２　分析预判待开掘区域的矿压分布特征

在进行矿井巷道的支护工作时，应当明确巷道周围压力的传递过程。随着采掘工作的不断推进，邻近岩层的原岩应力被破坏，周围岩体的承载能力也不断降低，此时周围岩体的压力便会向深部转移，在掘进巷道前方依次会出现应力降低区、应力增高区、原岩应力区三个区域，侧向支承压力的分区也与此类似，从岩石的破坏形态划分，应力降低区的岩石多为塑性破坏、应力增高区的岩体则以弹性变形为主。

在应力场的形成过程中，由于矿压的存在会导致煤层出现不同程度的变形，而每次的变形都会导

及其变化情况可以有效解决不同应力环境下的巷道

支护及维护问题，所以在进行巷道支护时应当充分了解巷道的地质结构及应力分布规律，严格依照相应的力学结构模型进行巷道支护方案的设计，并在实际运用的过程中对相关理论进行不断完善，从而有效推进后续工作的开展。２．４　合理安排施工时间合理设置巷道的开挖时间将直接影响矿山压力的控制效果。巷道掘进过程中应保证具有足够的安全距离进行巷道的维护，同时，精准计算生产所需的时间，以保证后续相关巷道掘进工作的安全性。

３　结　语

矿山压力的控制及支护，特别是在回采巷道中的应用对于整个矿井生产效率的提升具有极其重要的意义。而矿井实际生产环境较为复杂，应当在支护过程中充分考虑矿井实际情况，结合围岩破坏规律提出对应的支护方案，实现整个矿井的安全支护及生产。同时，相关工作人员也应当提升个人安全

致围岩应力场的重新分布，所以在巷道开掘前应采

意识，不断改进支护方案，最终推动整个矿井支护作用公式计算、数值模拟、经验类比等多种手段精准地

业发展。估测超前支承压力的峰值强度、影响范围。

２．３　设计确定支护参数

［责任编辑：常丽芳］结合矿井实际生产过程中的不同力学结构模型

檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨（上接第５７页）间排距为１５００ｍｍ×１５００ｍｍ。３０ｍ处，进入稳定岩层，开始对架棚巷道进行至１６

５）　优化注浆参数。①注浆压力：注浆压力对注浆，注浆后通过观测，围岩基本处于稳定状态，对加固质量和效果起着至关重要的作用，做为动力源为浆液在围岩中扩散提供动能，根据以往的注浆经验，当注浆压力＜４ＭＰａ时，随着注浆压力的不断增加，锚杆承载力增大，当注浆压力＞４ＭＰａ时，锚杆承载力不再增加，最终确定经济合理的注浆压力为２～３．０ＭＰａ。②注浆量：注浆量是最主要的注浆参数，决定着浆液的扩散半径从而影响围岩加固效果，结合现场围岩状况，本着节省注浆材料与注浆时间的原则，通过理论分析和现场试验，最终确定注浆量为３０～５０ｋｇ浆液／孔。③注浆时间：为了防止在围岩裂隙和孔隙发育的巷道内注浆泄漏，注浆时在控制注浆压力和注浆量的同时，还要控制注浆时间，注浆时间不宜过长。为了提高注浆效果，必须在提高注浆压力的同时适当延长注浆时间，需根据实际情况，灵活掌握注浆压力和注浆时间，最终确定注浆时间为１０～２０ｍｉｎ。

顶板及帮部进行观测基本没有发生变化，该巷道于２０２０年１月中旬掘进到位。

４　结　语

通过采取架棚及注浆支护技术，有效控制主运

输巷道断层破碎带帮部及顶板围岩，该支护技术在满足技术要求的前提下，取得了较好的应用效果，既保证了巷道加固后的稳定性，使巷道的变形量确保在设计允许范围内，又改善了围岩的物理力学性能，提高了支护结构的承载能力。该方法还有安全性高、成本低、施工速度快、劳动强度小等特点，具有广泛的推广应用价值。参考文献：

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Ｊ］．价值工程，２０１０，２９（３３）：３１３．数研究［

［２］　尤　威，孙益建．深部骑跨采大巷全断面预锚注加固技

术［Ｊ］．能源技术与管理，２０１０（５）：５１－５３．

［责任编辑：常丽芳］

３　现场应用情况

在主运输大巷１５５９～１６０６．９ｍ区间对原有的

工字钢钢棚两腿之间额外增加套入Ｕ２９钢棚，掘进９４