特厚矿层综放开采巷道的支护优化设计

赵卫会，孙思楠

（伊犁永宁煤业化工有限公司，新疆 伊宁 835000）

当前矿产行业不断在向前发展，我国对于矿产的开采力度不断增大，中厚层的矿产储存量越来越少，需要不断向下拓展特厚矿层矿产开采深度，厚矿层特厚矿层及的储存量所占比例还是不断增大，这就导致了国家对厚矿层的开采效果不佳的问题[1]。为了更好的促进特厚矿层综放开采的效果，采用逐一分层开采的手段对开采巷道的支护进行优化设计，由于特厚矿层内巷道所受的压力过大，若支护设计不佳会导致特厚矿层巷道周围严重受损变形，甚至被压垮，造成了十分严重的安全问题，开采巷道的支护对矿产下分层的开采内巷道的循环布置和保护起到重要作用，对巷道的防支护处理以及布置模式进行改进，保证矿层开发的安全性，更好的实现对特厚矿层综放开采巷道的支护的优化设计。

1 特厚矿层综放开采巷道的支护研究

1.1 工程概况

为保障研究有效性，随机采取某特厚矿层作为研究对象进行调查和分析，以挖掘内巷道的开采以及防支护桩柱的设计原理为基础，通过对受力干扰动短时期和范围数值进行采集和模拟，最终确定防支护区间，特厚矿层的单体柱初撑力不低于11.5Mpa。如遇到底板松软、单体支柱钻底量超过0.1米，确定支护范围为2301回采工作面前方80m和后方100m需要加强支护，且跟随2301回采工作面前方及时进行加强支护，顺槽掘进至通尺330米开始巷道顶部采用单体支柱配合π型钢梁加强支护，加强支护长度180米，且该支护跟随2301回采工作面回采及时外移加强支护，为确保2302轨道顺槽迎采期加强支护安全，特编制本安全技术措施[2]。跟随2301的开采回地面前方，迎合开采启动时期的单体支护装柱的配合π型支护。轨道顺槽迎采期巷道顶部采用单体支柱配合π型刚梁加强支护，π型梁规格：DFB3400/300，单体柱型号：DW31.5-200/100，一梁三柱，单体柱中心间距500mm，排距100mm，中间单体柱距巷道中心线偏下帮0.1米打设。在防支护材料的选取在一定程度上对防支护的质量有很大影响，尽量选择高质量的防支护材料，从根本上提高支护的质量，在进行深层开采时，内巷道的外围石岩很容易产生较大的变形，所以在开采设计上也要尽量选择适合的防支护模式，统一选择性价比较高的支护材料，从根本上确保支护结构的稳定。

1.2 支护设计

在特厚矿层开采的过程中，厚矿层底板的应力分布极易导致矿层结构出现变形的情况，影响矿层安全。因此，支护设计的关键作用就是包装矿柱的稳定性，在矿柱可靠、稳定后，发现特厚矿层应力不均匀程度较大，并且这其中的矿层应力差异还有不断向外延伸的发展趋势，这种发展趋势有一定可循的规律，因此从特厚矿层支护矿柱正中央为着力点，不断延伸扩展到两侧的开采盲区，扩展延伸受力，在特厚矿层支护矿柱应力发生在同一个垂直距离上时，特厚矿层的支护应力非均匀程度和距离成反比[3]。距离越远，应力的不均匀程度就越低。支护矿柱应力基本处于均匀分布的形式，距离越近，应力所处的形式就越不均匀[4]。拿特厚矿层距离内巷道为例来分析特厚矿层内巷道外围岩石支护在不均匀应力作用条件下的变形状态，为方便研究，将巷道受力模型进行简化来分析，具体如下图所示：

图1 巷道受力模型

如图1，通过对特厚矿层顶层梁板所承受的荷载压力q进行线性分布，设其分布规律为x，则它们所受的线性荷载受力算法为：

在上式中：l特厚矿层微顶层梁板的长；h为巷道支护的线性荷载；a为巷道支护的均匀承受系数，n和m主要为特厚矿层顶层梁板所受的支护反力。则由材料力学原理可以得到：

当巷道支护的内错距离直接小于jm时，对内巷道进行深部开挖在很大程度上会影响巷道支护水平横道的压力，导致巷道支护发展位移变化。其中，开挖区域距离巷道支护矿柱越近，位移力度就越大，内巷道支护矿柱挖掘周围岩的水平位移变化速率不断增大，两侧的垂直位移也会不断增大。进一步对特厚矿层顶层梁的巷道支护弯矩进行计算，算法为：

在上述算法中，若特厚矿层内巷道支护顶板的水平压力的最大数据值点为w，巷道支护各个内错交互点的附近，巷道最大承载数值为kmaxMPa，最小值却接近到零，可忽略不计。巷道支护的垂直集中应力的最大值是gMPa，最小值大约接近为1MPa。在巷道支护的内错距离小于im时，垂直应力地质可以维持不动，水平应力的变化较为平缓，巷道支护的不均匀受力程度对外的影响力也在不断调整下降，此时，巷道支护可呈现稳定的安全状态。

2 特厚矿层综放开采巷道的支护优化建议

通过以上研究分析结果，对特厚矿层开采巷道的支护的设计进行优化，根据开采巷道的挖掘影响提出改善建议，不断强化巷道支护的协调能力和稳定性，以便更好的对特厚矿层进行挖掘，保证特厚矿层支护设计的安全性和稳定性。

2.1 做好施工前的各项准备工作

特厚矿层井下开采巷道的内巷道挖掘顶板防支护工作一直在进行初步施工的开始阶段，具有较大的冒顶风险，会对顶板的防支护技术工作的实施造成负面影响。因此在进行特厚矿层综放开采之前，必须先要确保做好相应的准备工作：合理的进行顶层板的支护方式选材，在材料的选择上应当根据矿产井下的具体情况来进行选择，尽量避免有选择的支护形式以及材料不符合规定施工工作要求的情况发生，工作人员一定要及时发现并且根据改进从而确保内巷道挖掘进入井下技术手段的合理实施性和科学发展性，进一步提高顶板支护技术的未来实施的可靠性。

2.2 支护时强化协调能力的实施

在进行特厚矿层综放开采巷道支护设计时，所安装的支护结构除了要满足较高的柔韧度要求以外，还应该在一定程度上满足内巷道矿井下面的完整度，使得整体结构上的支护强度有明显的提升，在此基础上降低特厚矿层周围岩石体的变形强度，达到释放压力的效果。另外我们需要注意的就是通过强化防支护结构和岩石体释放压力的协调能力，我们要让工作人员从中树立结构的整体意识，从全局出发，对支护结构和岩石体释放压力的关系都有一个很全面的掌握，来进一步完成这一项工作。

2.3 加强对创新传统的采矿技术

如今在矿产企业的实际矿产开采工作中，传统的采矿技术已经不再适用，也不能从根本上满足矿产开采的实际要求，所以说，矿产企业现在应该把重点转移到采矿技术的提高发展上，加大对采矿技术的研究创新。推动采矿技术走向高度机械化、人工智能化以及自动化，矿井下内巷道的挖掘进入顶板的支护技术也应该随着采矿技术的发展而创新，需要将一切能够运用到矿产开采的新技术和新工艺手段加以借鉴和利用。

3 结束语

针对我国井下内巷道挖掘现状进行调查和研究，做好顶板层的防支护安排，当前内巷道挖掘顶板防支护的手段多种多样，在进行最高层顶板防支护安排施工时，应该从实际问题出发，选择符合实际合理的放支护形式和选材，与此同时要做好顶层板的支护安装管理工作，从而确保内巷道挖掘金属的质量和安保问题，以此来大大提升矿产的开采效率，这样就能一直促进矿产事业的向前发展。