矿井深部开采矿压与支护技术研究

◎刘杰

（作者单位：冀中能源股份有限公司葛泉矿）

矿井深部开采难度大，因为整体环境更为复杂，风险系数增加，故而应做好矿压分析，合理选择支护方法与设计支护方案，促进深部采矿效率与安全性提升。本文围绕矿井深部开采进行讨论，分析深部开采的矿压显现规律，并对支护技术展开研究，仅供参考。

引言：煤矿开采逐步向着深部发展，所面临开采环境以及地质条件也更为复杂。在这种情况下想要安全高效完成采矿，就必须了解矿压显现规律，并根据矿井实际状况，选择好支护方法和科学设计支护方案。

一、深部开采的矿压显现规律

矿井深部采矿之所以难度大，主要是因为在矿山压力影响下，开采环境变得更为复杂。深度增加，应力变高，围岩就会运动频繁且剧烈，从而致使巷道出现快速变形，并在持续高应力作用下遭受到严重破坏，同时也会使支护出现问题，影响到开采安全性。开采中挖好巷道之后，在力作用下在很短时间内就会失去稳定性，围岩也会在其影响下进一步收缩变形，这个会随着深度的增加越来越严重，最终结果就是巷道稳定性越来越差，而且维护困难且需要资金多。所以针对这个类型的矿井开采，研究矿压与支护技术具有重要意义。

开采过程中，矿压显现主要有以下特点：第一，开采中巷道容易变形，而且具有范围大、持续性、速度快等特点；第二，岩性差异对围岩影响大，常常会使其出现变形，且会随着深度增加变得更加强烈，尤其是对煤层和软岩巷道，影响十分大；第三，一般情况下，巷道使用使维护难度大，深度采矿中这个提前，从挖掘就出现维护困难的问题。有些巷道在挖掘后由于这个原因，不得不废弃；第四，巷道变形具有延续性和持续性，尤其是在煤柱下面，常常会无法控制住，流变速率非常高；第五，采矿深度越大，变形越大，影响的范围也会更广，程度随之加剧；第六，开采期间往往会设置煤柱，主要起到保护巷道作用，深度增加其不但不能起到作用，还会让巷道维护变得更为麻烦；第七，巷道对支护要求提升，支架必须要有良好的支撑力，可缩量和阻力也要扩大。依照现在的情况，仅仅依靠用大型号的支架，应该不能达到比较好的阻止变形的作用；第八，巷道维护变得复杂且难度增大，因为整体的布置、边界条件、顺序等，都会对这个方面产生影响；最后，冲击地压发生概率高，且强度比较大。

矿压控制尤为重要，针对高应力，应当确保围岩具有良好的稳定性。实际操作中，巷道布置不能在应力集中的地方，而是要在岩性稳定性强区域内。深部采矿最少要有一条岩巷，但是应以这种巷道为主，运输巷道应设置成为无煤柱护巷模式，这样对维护有好处，并能促进回收率的提升。巷道施工中碰到压应力，集中在逆断层中，整体走向要与其保持一致，或者是采取斜角的办法，起到降低矿压的效果。

二、深部开采支护技术分析

我国矿井开发中会根据开采深度，将其分为不同的类别，主要有浅矿井、中深矿井、深矿井、特深矿井等。深矿井开采深度大于等于800米，小于1200米。这类矿井开采难度大，经常会出现各种工程灾害，安全风险高。深部采矿的过程中，矿压显现一般比较强烈，采矿区域失去稳定，如果不能控制好将会给对地压产生破坏和冲击。采矿深度的不断增加，岩爆的概率也随之上升，剧烈程度提升，危险性更大。深部采矿中还有一个问题，那就是瓦斯聚积在一起，更易于发生爆炸事故。深部开采中矿压一般比较剧烈，导致巷道维护的难度十分大，同时具有煤岩破坏性大，对地压影响和破坏力强，危险性进一步强化。故而，应研究矿压显现规律，然后有针对性选用支护方法，才能降低深部采矿的风险。

深部开采中支护设计应遵循基本流程，设计中应对现在的各种支护技术进行分析与研究，然后依据所要开采矿井实际情况，完成初步设计。紧接着要对地质力学进行评估，掌握地壳应力状况，并要明确围岩的物理力学性质，这些都是优化和改进设计的重要依据。接下来好要观测矿压，还有就是掌握顶板离层情况，最后在综合考虑地应力，完成支护设计的最终优化，这个是以锚杆支护为例。

矿井深部支护形式比较多，主要有锚索支护、U型钢可缩性支护、锚杆支护、锚喷支护、锚喷网支护等。具体选用哪种支护形式，需结合实际情况而定。如果巷道围岩比较稳定，则最好采用锚网喷支护形式，还有一种情况是巷道围岩不稳定，或者是极其不稳定，这个时候不能依靠一种方式进行支护，因为很难取得好的效果，应根据实际需求将不同支护技术结合起来，采用联合支护的方法或者加固支护的方法。

针对采矿区的巷道支护，在掘进的时候应选择煤岩或者半煤岩，可将其设置在煤层底板处。不过从整体上来看，对于支护有影响的，主要牵扯到了无煤柱开采和回收，因为过程中伴随着破坏和变形。因此，上山与下山巷道断面支护中，应当做好断面选择，最好使用形状为拱形的，且要在设计中留下空间，针对的是可缩系数。支护则要选择锚网喷形式，并在回采前做好准备工作。针对上部回采，应提前对巷道进行加固，使用锚梁、锚索、可缩支架等。断面跨度大于3米，需要在上面所提到支护形式基础上，进行外部支护，这样就能有效的预防岩梁在拉力作用下出现断裂，从而引发冒顶现象。

工作面实施采矿作业的时候，动压力比较大，容易破坏巷道，使其出现严重的变形。这个部分支护作用十分大，与生产作业安全有很大关系。故而，应加强这个部分支护研究，最好采取沿空送巷的方式，在此期间还应取掉保护煤柱措施，以达到良好的支护效果。这个部分支护中，尽量运用组合锚杆支护的办法，实际操作中要用金属网和钢带等，让巷道更加实在。紧接着要顺着巷道肩窝和底角，对锚杆采取加长处理，同时应当使用异形托盘，起到锚固的作用。顶板处要实施加固处理，采取的是打二排锚索的办法。这里牵扯到了厚煤层，在支护的时候要分层，支护除了要采取锚背网形式外，必须增设支架，需要是框架式且具有可缩性的。

三、结束语

综上所述，矿井深部开采要明确矿压显现规律，在此基础上合理确定支护技术和方案，这样才能全面提升生产作业安全性，并让开采效率更加有保障，促进矿井深部开采综合效益增长。