采掘过程中沿空留巷围岩应力演化分析

2015-03-25 13:03
河南科技 2015年9期
关键词:压力计空留巷煤体

赵 阳

(平顶山天安煤业七矿有限责任公司,河南 平顶山 467000)

目前很多矿产资源掩埋程度较深,需要采取安全性和稳定性较好的采掘技术。相对而言,沿空留巷顾及很多实际情况,并且技术性较强。沿空留巷虽然在技术理论上获得了较大的成功,但部分工作仍然存在些许瑕疵[1]。本文主要对采掘过程中沿空留巷围岩应力演化进行讨论。

1 围岩应力演化数值模拟

在采掘过程中,围岩应力的演化影响因素很多,倘若直接在实践中探寻,不仅浪费时间,同时还会遇到未知的危险,造成客观上的损失。为此,我们应首先对围岩应力演化进行数值模拟,将模拟的结果与实际搜集的情况相结合。另一方面,在围岩应力演化数值模拟的过程中,需考虑到采掘工作的限制性条件,不可假设无任何阻碍[2]。

1.1 三维数值模拟试验设计

围岩应力演化需要大量的计算才能得到,虽然实际情况与理论可能存在差异,但演化计算的过程,会将所有的差异降到最低。在围岩应力演化数值模拟的过程中,首先应该对三维数值模拟试验进行设计。本文选择美国明尼苏达大学和美国Itasca Consulting Group Inc。共同开发的三维有限差分数值模拟计算程序来进行。另外,考虑到实际情况,同时也为了更加透彻地了解沿空留巷围岩应力的演化情况,主要对三种顶板条件下的围岩应力演化进行了研究,分别为厚直接顶、薄直接顶、无直接顶。具体设计如下:第一,调查沿空留巷工作的各项条件,观察是否有特殊情况,并对所有的条件进行整理分析,建立立体模型。第二,设计的模型尺寸应与现实工作相符合。第三,在模型底部的边界部分,应采取辅助性措施,例如,在垂直的方向上,固定位移。第四,左边和右边的边界部分,应在水平位置上进行固定。第四,由于各个煤层的岩层力学性质不同,因此了解实际情况后,才能进行相应的设定,并制作相应的统计表,按照相应的计算模型来计算[3]。

1.2 采掘过程的应力分布

采掘过程中,通过了解沿空留巷的围岩应力分布,可进一步确定采掘的强度和效率,对后续的采掘方案制定有较大的积极意义。经过长久的讨论和分析,认为采掘过程应力分布主要集中在以下几个方面:第一,超前支承应力、迎头支承应力、滞后支承应力。无论三种应力如何分布,其结果都是一样的。厚直接顶为最高,薄直接顶次之,无直接顶垫底。第二,随着掘进不断推进,侧向支撑应力也会呈现持续增大。表现的规律为:距离迎头越远,峰值越大。由此可见,在这种规律的作用下,与重新分配应力没有太大差异。且在整个过程中,随时间不断延长,应力峰值会持续增加。第三,对巷道实施掘进作业以后,煤岩体内应力会重新分部,巷道两侧所产生的侧向支承应力需要重点考虑[4]。

1.3 沿空留巷期间围岩应力的演化

采掘过程中,围岩应力的变化存在很多干扰因素。沿空留巷虽然是现阶段比较先进的技术,但仍然有疑惑没有解开,本文作者经过大量的研究和分析,认为沿空留巷期间围岩应力演化,主要集中在以下几项结论当中。第一,在工作面的前方位置,实体煤侧或者是工作面侧,无直接顶状态的支撑应力,必然低于薄直接顶以及厚直接顶的支撑应力。另外,薄直接顶与厚直接顶的差异不是很大。第二,在工作面的后方位置,当直接顶厚度减小时,其支承应力集中系数会持续增大。第三,在工作面的后方位置,在直接顶厚度减小的过程中,其支承应力的峰值会随着位置逐渐远离工作面,也就是说,直接顶厚度减少,支承应力峰值位置却深入煤体之中。

2 围岩应力分布规律原位实测研究

围岩应力分布规律原位实测工作属于实践性较强的工作,需要根据具体情况,适当变换方法。

2.1 充填体受力

沿空留巷是一种可行性较高的方法。首先,工作人员应采取有效的方法进行观测。多数情况下,技术人员会在充填墙体当中埋设压力,来完成墙体的受力观测。其次,压力计的选择尤为重要。第三,充填工作开始之前,应将压力计的位置设定好,一般会将压力计放在充填空间的上部,压力计表盘将会从侧面的模板上方引出。第四,通过上述的工作,可获得充填应力在工作面推进过程中的一些变化,总结出相应的规律。相对而言,充填体受力是比较简单的工作,但要把握好细节,否则很难保证充填体受力的效果。

2.2 煤体受力

充填体受力工作完成后,就需要观测煤体受力。煤矿处于深山内部,要想取得理想的煤体受力结果,第一,选择性能较高的应力计进行测量工作。第二,钻孔内的应力存在较大变化,此时可通过一些简单的措施来了解和处理。例如,在钻孔应力出现变化时,枕两面的包裹体,将会自动传递到应力枕内的液体当中。液体充当了媒介作用,该液体的压力会经过油管,传递到压力表,最终表现出相应的压力数值。

2.3 测站布置

在围岩应力分布规律原位实测工作中,充填体受力及媒体受力并不是特别复杂,最关键的是测站布置工作,不仅要充分利用之前的工作成果,还应考虑到最终的结果是否正确,能否持续搜集相应的信息或者资料。在此,采掘过程中沿空留巷围岩应力演化比较多样,不仅会对沿空留巷工作产生影响,同时还会对采掘的进度和质量造成影响。现阶段我国煤矿较多,深入采掘后,发现围岩应力表现出了突出的地域性特点,应根据当地的实际情况进行分析,借鉴周边成功案例和研究成果,来促进沿空留巷工作的顺利开展。

3 总结

本文对采掘过程中沿空留巷围岩应力演化进行了讨论,目前,围岩应力演化已经得到确认,沿空留巷工作不仅顺利开展,还提高了工作的安全性和效率性。今后,需要进一步对相关领域进行研究,通过健全采掘方案和技术体系,丰富研究理论,加强实践,促进我国矿产资源的开采和开发。

[1]阚甲广,张农,李宝玉,等.典型留巷顶板条件下巷旁充填体支护阻力分析[J].岩土力学,2011(9):2778-2784.

[2]阚甲广,袁亮,张农,等.留巷充填区域顶板承载性能研究[J].煤炭学报,2011(9):1429-1434.

[3]韩昌良,张农,钱德雨,等.大采高沿空留巷顶板安全控制及跨高比优化分析[J].采矿与安全工程学报,2013(3):348-354.

[4]康红普,牛多龙,张镇,等.深部沿空留巷围岩变形特征与支护技术[J].岩石力学与工程学报,2010(10):1977-1987.

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