谈煤矿回采巷道矿山压力控制与支护

许光辉

（陕西火石咀煤矿有限责任公司 陕西咸阳 713500）

摘 要：煤矿的生产是一个复杂的系统化内容，安全问题是煤矿生产开展的最基本条件，煤矿回采巷道矿山压力控制与支护工作对于采煤环节具有十分重要的作用，因此国家和煤矿企业技术人员对于该问题的研究也较为充分，本文将重点对回采巷道矿山压力控制的理论和模型进行分析，对相应回采巷道侧煤柱支护参数进行讨论，最后分析支护选型以及相应控制策略。

关键词：煤矿；回采巷道；矿山压力；支护

煤矿的开采工作将会影响矿山的诸多方面活动，主要表现在矿山整体的压力分布情况、岩层运动轨迹情况、矿山应力分布等。重力应力场的变化是导致顶板坍塌、岩层运动破坏作用的主要原因。为了保证煤矿正常生产活动的开展，确保工作人员生命安全，增加煤矿效益，分析煤矿回采巷道矿山压力控制的主要问题，针对问题产生的原因开展针对性对策讨论十分必要。

1 回采巷道矿山压力控制理论

在回采巷道煤炭开采过程中，地下围岩的应力场会由于矿山压力变化而变化，主要的应力变化来源主要分为以下三个方面：

第一，采动支承压力范围外，即开挖和维护原始应力场中的巷道。原始应力场的特征主要表现在两种类型的改变：一是单纯由于上部岩层的重力作用，直接向下作用的应力；另一种是同时存在重力和残余应力的综合作用，岩层内部本身积累着一定的应力作用。

第二，采动支承压力范围内维护和开挖巷道，其巷道围岩应力的分布情况主要是由重力决定的，实际生产开展过程中，如果岩层运动完全消失，那么该范围内的应力也趋近于零。

第三，在采动支承压力的高应力区开挖和维护巷道其主要的应力来源为整体重力。

2 煤矿回采巷道矿山压力控制措施

2.1 确定巷道开挖位置

对于岩层运动已经被破坏的煤层开挖过程中，第一步需要确定矿山整体应力场的整体分布情况，在开挖和维护的过程中尽可能的将巷道开掘的应力场向内外应力场的临界点转移。增加留煤柱的宽度是不回收条件下开挖巷道处理应力场变化的最佳方法，其优点是能够最大限度的将护巷煤柱受到的应力和变形降到最小，这样对于整个巷道和煤矿而言，安全系数最高。如果在缩小应力场的巷道留煤柱宽度采用线缩小模式，其核心工作是保证巷道漏风的问题，而且必须待内应力场完全稳定才能开展后续开挖工作。

2.2 科学安排挖掘时间

通过分析煤矿回采巷道内应力场的煤层整体应力分布情况和变化情况，结合相应位置关系可以了解到挖掘时间对于整体应力分布和变化的影响具有十分重要的作用，因此在回采过程中，应当确保回采工作顺利的前提下，对计划距离和时间内挖掘内应力场外之外的巷道，之后再一定时间之后开展内应力场中的巷道开掘工作。开掘过程中，技术人员必须严格控制滞后时间域距离，使其能够确保回采巷道的稳定并且持续开挖。对于巷道开掘时间的计算应当在开挖前进行详细的计算，保证科学合理，使得开掘时间与位置能够与计划相符。

3 保证支护设计

3.1 重视发展过程支护设计

影响支护设计的主要因素有巷道开掘和维护的时间长度、内应力场的应力变化情况。通过对支护设计影响因素的分析，将支护设计工作分为两个阶段：内应力场形成前阶段和内应力场形成阶段。形成前阶段主要分为三个部分：第一，工作面推进之前原有巷道压力导致的发展变化；第二，工作面推进后，采场推进导致的回采空间变化，矿山压力增加，弹性压缩和塑性破坏过程从煤壁靠近边缘的位置开始呈现，逐渐向各个方向进行扩张。第三，当工作面推进到内应力场完全呈现塑性状态时，采场推进与支撑压力将会持续增加，承压压力快速降低。形成阶段，也就是工作面进入断裂破坏的严策内发展和破坏的过程，主要分为三个部分：第一，岩梁裂断运动；第二，岩梁裂断运动的发展变化；第三，岩梁裂断运动的发展过程。在这一阶段内，矿山压力不断变化，内应力场范围煤层会发生压缩变形，其主要特点是每次变化过程都是一个先增后减的过程。

3.2 支护设计

支护设计工作在开展之前必须充分的对内应力场掌握，从而根据实际应力情况来开展相应的支护设计工作。煤矿回采巷道的支护设计需要以应力场的基本情况为依据，结合结构力学模型的动态规律进行全面分析，其优点在于系统化对不同空间条件进行内应力场的定量研究，处理相应的技术难点和重点，以定量研究为中心。第一，分析变化范围内的发展过程。这一环节的主要内容是对处于采动支承作用范圍的岩层运动及破坏形式，分析相应的内应力场和岩层变化情况。第二，确定矿压设计的基本信息。在开展矿压设计时应当充分对多种形式的空间形态进行分析，分析煤矿回采航到矿山压力的主要来源、强度、裂断岩梁的运动变化等，结合前期生产经验总结的“采场结构力学”相关理论，进行全面系统的分析设计。第三，完善相应理论内容。在保证对基本的内应力场分布规律掌握后，对岩层的破坏运动发展过程进行判定，预测可能产生的影响，对照前期经验数据进行转化，应用到自身矿山的生产中。为了更好的完成支护设计必须全面的对矿山的岩层基本信息进行全面细致的分析，采用定量研究的方式来实现对实际应力变化场进行模仿，提升设计的安全性。

4 工程实例

根据现场施工实际情况，巷道顶板采用锚杆+钢带+网支护，顶锚杆采用直径22mm螺纹钢锚杆，锚杆长度为2.2m，每孔装药量2卷，配（12O×l2O×6）mm 的碟形托盘和金属网支护。巷中打两趟锚索，锚索排距2m，锚索间距不大于3m。煤帮采用锚杆网支护，排距与顶锚杆相对应，上下帮每排各3根，锚杆采用直径20mm 的右旋等强锚杆支护，锚杆长度为2m，每孔装药量1卷，配（12O×l2O×6）mm 的碟形托盘和菱形金属网支护。如图1所示。

5 应用分析

5.1 顶板锚杆支护参数的确定

根据围岩分类结果，顶板大青灰岩属于Ⅰ～Ⅱ类围岩。考虑到巷道的顶板岩层组合是变化不定的，有些位置大青灰岩的厚度可能较小。综合围岩分类和数值模拟分析结果，顶板比较完整时不需要支护，顶板不完整时进行锚杆支护；顶板厚度1-2m之间时进行支护，大于2m时不需要支护。锚杆支护的下述参数的设计原则是：在成本相近的条件下优先采用国内先进的技术和材料，并研究试用更经济合理的支护材料，适应锚杆支护的要求。

（1）锚固形式

本设计确定采用树脂加长锚固，在机具等条件具备时优先采用全长锚固锚杆。加长锚与全长锚固与端头锚固相比的优点是：防止顶板岩层的相互错动，提高岩层的抗剪能力；可以阻止任何两点的相对变形和离层，保护围岩的稳定性；锚杆支护系统刚度加大，能有效地限制圍岩变形；避免了因锚杆托盘上岩石塌落后引起的锚杆失效，使锚杆始终发挥其自身的较大锚固力。

（2）锚杆结构

为了满足加长锚固的需要，锚杆杆体选择已获专利的金属粗尾锚杆，杆尾螺纹规格为M24，采用滚丝加工工艺而成。螺母为加厚螺母。这种锚杆的强度高，延伸率大，在锚尾位置保证不发生破断，表面的凹凸纹理可以保证锚固剂与杆体间的足够的锚固力。

（3）杆体直径

锚杆直径选择主要从如下二个方面考虑：（1）技术合理性：单纯从维护围岩稳定性的角度上看，锚杆阻力越大越好，即杆体直径越大，越能保持巷道的稳定性。但是，在孔径一定的条件下，锚杆直径的加大则意味着锚固厚度的减少，锚固剂厚度为3mm时锚杆的锚固力最大。（2）经济合理性：钻孔的直径是一定的，所以加长锚固时锚杆直径增加，锚固剂的用量却减少，总的成本并不一定增加很多。综合上述两个因素，确定使用？20mm的杆体直径。

（4）锚固剂型号及数量

顶板锚杆采用树脂锚固剂（即锚固长度为1300mm）。为保证锚杆有可靠的锚固效果，且便于安装，每孔中装入两种速度的锚固剂，即孔底为快速锚固剂，其余为慢速锚固剂。锚固剂直径为25mm。采用树脂锚固剂，型号为z2550。

（5）托梁及护网

钢筋梯子梁：为了保证锚杆支护系统的整体性和可靠性，保证需要支护处顶板安全，设计使用型号为。

护网：顶板采用菱形金属网满护，以防漏顶。金属网用10#丝编织，网长度依巷道宽度而定为5.0米，宽度依循环而定为800mm，网格60*60mm。现场应用50*50 12#铅丝 宽度与锚杆排距相适应。

（6）托盘

托盘的承载能力应与锚杆的力学性相适应，根据试验确定使用中间凸出的方形托盘。托板型号为T120，尺寸为120*120*8mm冷压碟形钢板。

5.2两帮支护参数确定

根据试验得知，8号煤较硬，f值达到5左右。所以对于轨道巷的支护强度不用过大。根据前面的分析，采用的参数如下。

两帮采用 18的金属锚杆，长度2.2m。对于地质构造比较发育的情况，采用锚索加固或在不可控段巷道应用金属支架。煤帮在使用金属粗尾锚杆时同时采用菱形金属网护帮。

5.3锚杆间排距设计

在顶板及两帮锚杆参数确定以后，主要是确定锚杆的布置及位置。根据《煤巷树脂锚杆支护技术规范》，Ⅰ类围岩，而且顶板是灰岩，所以不用支护；Ⅱ类围岩顶板，顶板较完整的采用单体锚杆，顶板较破碎，使用锚杆加锚网。通过数值模拟分析后，验证得出选取的锚杆支护参数比较合理。

在巷道顶板比较破碎的位置，锚杆支护最大间排距为1.0m、最小间排距0.7m。因此，锚杆的间排距为0.7～1.0m。

6 结束语

通过对煤矿回采巷道矿山压力控制技术的理论分析，研究得出相应实用理论，寻找到解决矿压控制与设计核心内容，从而更好的为之后的生产工作提供良好的理论支持。在完成内应力场分布规律研究之前，首先明确开挖的具体位置和开挖时间，从而更好的开展针对性调查，便于在控制过程中采用准确有效的措施，保证回采巷道开掘和维护的稳定。通过长期大量的实践经验，总结形成全面的煤矿回采巷道矿山压力控制研究体系，加强对于矿山生产研究工作的发展，采用科学高效的技术更好的完成实际生产过程中的主要问题，更好的保证矿山生产过程中的安全，提升整体矿山的安全系数，使得煤矿开采工作顺利高效进行，安全作用，使整体煤矿综合效益高效提升。

参考文献：

[1] 宁琼.煤矿回采工作面矿压与顶板管理探讨[J].现代商贸工业.2013（18）：121-123

[2] 关显华，付明超，陈维新.新建煤矿回采巷道顶板支护研究及应用[J].煤.2014（10）：25-27

[3] 狄飞平，王金华，陈世江.东胜矿区某煤矿回采巷道支护方案的研究[J].现代矿业.2011（4）：45-46

[4] 胡海涛.煤矿回采巷道矿山压力控制与支护研究[J].内蒙古煤炭经济.2013（02）：86-87