煤矿回采巷道矿山压力控制与支护分析

摘 要：煤炭作为一种经济能源，在社会经济发展和新能源出现的背景下，对煤炭的需求量依然居高不下，给煤炭开采提出了新的标准。本文结合煤矿回采过程中矿山压力的控制技术要点，合理布置巷道位置、科学规划开采时间、矿山压力控制技术等方面，提出煤矿回采巷道矿山压力控制与支护的优化对策。

关键词：煤矿回采巷道；矿山压力；控制与支护

一、引言

在当前社会全球化背景下，煤矿行业发展需要做到与时俱进，淘汰落后工艺，引用新技术，保障安全生产。随着矿山压力的增加，将会引发回采工作面塌陷现象，造成人员伤亡或者设备的损坏，给企业带来严重损失。因此，煤矿企业需要保证煤矿开采安全性，做好煤矿回采巷道矿山压力控制工作，合理选择支护技术，减少不必要问题出现，保证煤矿整体开采安全。

二、煤矿回采巷道矿山压力的不同情况

（一）原始应力场中掘进和维护的巷道

在原始应力中掘进以及维护的巷道，通常可以根据原始应力场实际情况，将其划分为两种，一个是唯一重力作用下的原始重力场，这种应力场重力一般来源于巷道覆盖层重力。另一个是具有残余结构应力的原始应力场[1]。这种应力场作为在重力和其他参与结构作用下形成的。

（二）采动压力范围内应力场掘进和维护巷道

在采动压力范围中，掘进和维护巷道自身应力情况将会受到巷道岩层重力因素的影响，如果停止采动波及的岩层破坏运动，将能够减少挖掘和维护过程中巷道岩层应力。

（三）在采动支撑压力分布范围中外应力场掘进和维护巷道

针对不同压力下，形成的对应压力区也会存在差异。但是在采动支撑压力分布范围中的外应力场，被称之为高应力区。在这种环境下，采动所形成的支撑压力将会汇集在掘进与维护的巷道中，并且围岩应力将会受到单一围岩重力因素的影响。

三、煤矿回采巷道矿山压力控制与支护技术措施

（一）结合地质实际情况，选择布置巷道的位置

在进行煤矿安全管理过程中，需要科学选择巷道挖掘位置，这直接影响煤矿企业开采的安全性和稳定性。一般来说，相关人员为了明确巷道挖设位置，需要对煤带实际宽度有所认识。通常情况下，煤带宽度范围应该把控在内外应力场边缘。相关人员在进行巷道挖设位置选择过程中，需要采用合理的方式，预留煤柱位置，从而减少巷道承载压力，提升巷道安全水平，保证煤矿顺利开采[2]。在煤矿开采过程中，如果无法顺利完成回收工作，则应该结合工程实际情况，通过采用放大预留煤柱宽度模式，实现对内应力场巷道处理。在应用放大预留煤柱宽度模式过程中，能够让护巷煤柱承受的压力和变形量得到改变，将其控制在合理范圍中，有效保障整个煤矿开采的安全性和稳定性。

（二）回采巷道断面的优化设计

作用在回采巷道的地压其大小以及压力方向和煤矿的巷道断面的形状设计有着密切关系，为保障回采工作的安全高效进行，需要科学设计回采巷道的断面。当巷道其顶板、侧上方所受的压力都不太明显时，可设计为梯形或者矩形的巷道断面。如果巷道其顶板压力较大，而侧上方的压力相比较小，那么可设计为直墙拱形形状的巷道断面。对于顶地板、侧向上方的压力都较大的情况，建议最好采用封闭式断面，如椭圆形、圆形这种巷道断面，能够有效控制巷道围岩形变。以下为煤层顶底板的主要适应范围。

（三）加强支护管理，选择矿山压力控制技术

在落实煤矿回采巷道矿山支护工作过程中，应该对煤矿回采巷道矿山压力变化有所认识，应力场控制、巷道开采时间设定，都会给支护设计带来一定影响。因此，在支护设计过程中，可以划分为两个环节，一个是内应力场形成前期，另一个是内应力场形成后期。其中，在内应力场形成前阶段中，在开展相关工作以前，在巷道原有压力的应力下，推进后续工作进行。由于开采工作的实施，将会给开采空间带来直接影响，使得开采空间的扩充。在进行煤矿加固过程中，一般采取工程类比方法，螺纹钢锚杆锚固力设计为 Q=100KN，螺纹钢抗拉强度为 540MPa；圆钢锚杆的锚固力设计为 Q=70KN，圆钢抗拉强度为 380MPa[3]。按照以下公式确定锚杆直径：

其中， 表示锚杆的直径；K表示富余系数取 1.3；Q表示锚杆锚固力； 表示抗拉强度。

在进行矿山压力控制过程中，首先，明确巷道挖设位置。通常情况下，在对整个煤矿井巷道进行施工之前，需要结合实际情况，做好探测工作，对工程应力场情况有一定的了解。在明确应力场位置和影响因素之后，综合思考巷道挖设位置，并防止内外应力带来的影响，把挖设巷道位置暗批在两者结合点中，从而将其对回避岩石重力与巷道内壁支力的影响[4]。其次，在内应力场形成环节中，因为将会面临矿山压力因素的影响，煤层将会发生不同程度的变形现象，或者压缩等问题，随着每一次压缩或者变形，都会得到明显的增加或者减少，这也是内压力形成过程中具备的重要特性。

（四）明确承载范围，加强关键部位支护设计

通常情况下，巷道一般布置在缓倾斜岩层中，要想实现对煤矿回采巷道矿山压力控制，需要结合工程实际情况，做好数据模拟工作。施工巷道处于非对称变形状态，需要根据巷道特殊变形特点，对重要位置采取非对称加固方式进行处理。对于巷道顶板局部位移现象比较明显的，则应该结合工程现场勘察情况及变形机理，在设计过程中，综合思考因巷道帮角应力集中程度比较高，使得底鼓和顶板或顶煤发生冒落现象。在这种情况下，需要科学设定锚杆加固位置，也就是强化帮角围岩强度，让帮角应力集中于围岩深部位置，从而实现围岩的巩固。在对锚索的布置密度进行核算过程中，需要结合悬吊理论实现对锚索补强加固设计，保证锚索有能力承担其承载范围内潜在冒落层的岩层重量。

取潜在冒落层深度 H=2.3m；

潜在的冒落层面积为：S=4/3×（B/2） ×H=1.33×2.3×4.5/2=6.9m2

巷道每米长度范围内冒落危石重量为：T=S×r×1=6.9×2.4×1=16.56t

锚索的破断荷载 W=260.9kN=26.09t

单根锚索所能够承担的冒落长度为：L=W/T=26.09/16.56=1.57m，取 L=1.6m

如果在回风巷顶部和底部进行扎脚锚杆的安装，可以有效的防止顶板和帮部发生位移变形。且回风巷顶板相对较窄，根据计算结果，将两肩适当加密，提高两肩的承载能力[4]。

四、结束语

总而言之，煤矿企业为了实现煤矿安全生产，需要做好煤矿巷道矿山压力控制工作。相关工作人员需要根据回采实际情况，科学设定支护方案，并开采过程中出现的各种问题，选择对应控制措施，提升巷道支护效果，保证煤矿开采安全。

参考文献：

[1]郭颜军. 煤矿回采巷道压力控制与支护选型优化设计及对策分析[J]. 内蒙古煤炭经济，2017（19）：108-110.

[2]王利元. 煤矿动压巷道支护设计与应用研究[J]. 机械管理开发，2019，34（04）：37-40.

[3]申海龙. 煤矿回采巷道矿山压力控制与支护探讨[J]. 低碳世界，2019，9（05）：127-128.

作者简介：

李章锐（1990-），男，汉族，系贵州省盘州市人士，2014年7月毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，大学本科学历，采矿专业助理工程师，主要从事煤矿地下开采工作.