分析煤矿深井采矿压显现及其控制特点

2021-04-11 21:19:42
当代化工研究 2021年9期
关键词:深井岩体巷道

(山西离柳焦煤集团有限公司 山西 033400)

引言

因为我国国民经济的飞速发展与进步,煤矿开采技术越来越先进化,但是,结合现阶段煤矿深井开采特点能够得知,在实际的开采过程当中,仍然存在可靠性较差的问题,影响煤矿整体生产能力,通过加强煤矿深井开采矿压显现规律分析力度,并制定出完善的控制措施,可以更好的满足煤矿企业的可持续性发展需求。因此,本文重点探讨煤矿深井采矿压显现及其控制措施,核心内容如下。

1.研究背景

若矿井进入到深部生产阶段,因为受到外界各类因素的影响,该地区的地质条件会出现严重恶化现象,同时,在高地应力与高渗透压力的影响之下,围岩的稳定性与可靠性逐渐下降。在深部开采过程当中,因为地应力逐渐升高,使得深部巷道周围围岩的承压能力不断下降,而较浅部位的围岩通常处于弹性状态,一般不会出现大面积的变形与失稳现象[1]。一旦进入到深部开拓范围,围岩内部的地应力不断升高,掩体自身的应力状态由之前的三向变为两向,由于巷道开发深度的不断增加,二次应力场内部的应力会出现高度集中现象,从而引发失稳。

另外,由于矿山开采深度的不断增加,地下水渗透压力越来越大,在巷道开采过程当中,周围围岩内部的孔隙水压力不断的下降,使得巷道应力逐渐增加,围岩自身的应力在短时间内能够超出岩体承受的强度[2]。由于我国大部分地区含煤地层岩石表现为胶结状态,一旦遇到水体的侵蚀之后,特别容易出现软化与松散,严重影响煤矿开采效率。通过分析煤矿深井采矿压显现及其控制措施,可以显著提升煤矿深井开采效率,确保煤矿资源得到良好的利用。

2.煤矿深井采矿压显现特点分析

伴随煤矿深井地下开采深度的不断增加,原岩自身的应力逐渐增大,原岩应力通常由岩层自重决定,而巷道原岩应力的增加主要和矿井开采深度存在密切联系,随着开采深度的逐渐增大,原岩应力不断增加,深部巷道开采之后,不但要受到原岩应力影响,而且特别容易出现应力集中现象[3]。从宏观角度来分析,煤矿深井采矿压显现特点如下:

第一,巷道围岩应力一般超出巷道自身强度,特别是和煤层巷道相距较远的围岩,因此,无论是采准巷道亦或是大巷,煤矿深井采矿压显现均较为强烈。

第二,巷道在掘进与回采的过程之中,由于受到应力扰动影响,围岩容易出现大面积变形,待应力重新分布趋近于稳定之后,仍然保持流变状态。

第三,受到围岩性质的影响,煤矿深井采矿压显现越来越明显,再加上开采深度的不断增加,煤矿深井采矿压显现逐渐增大[4]。

第四,煤矿深部巷道压力较大,使得围岩的变形量不断增加,巷道周围同时存在压力,底板容易出现鼓起现象,由于开采深度的不断加大,巷道底板出现鼓起现象的概率不断增加。

3.控制措施

(1)煤矿深部开采围岩的力学特征分析

较浅部分的岩体大部分处于弹性状态,一旦进入到深部,在高地应力的条件下,较为坚硬的岩石容易发生变形现象,大部分深部岩体因为处于粘塑性状态,故特别容易出现滑塌。深部下巷道如果被全部开挖,岩体既有的平衡应力状态被完全打破,特别容易出现碎胀与变形现象,使得巷道周围的破碎掩体数量逐渐增多,巷道支护难度越来越大,增加各类灾害事故的发生概率。结合深部巷道围岩特点能够得知,为了减少支护困难现象的发生,有关人员需要明确煤矿深部开采围岩力学特征,采取有效的控制措施,内容如下。

第一,通常来讲,浅部巷道围岩状态主要分为三个区域,分别是塑性破坏区域、弹性区域、原岩力区域等,通过合理控制膨胀带与压缩带,能够减少劣化现象的发生,提升巷道的稳定性与可靠性[5]。

第二,加强围岩变形控制力度。由于进入到深部开采状态,岩体变形越来越复杂,通过合理控制围岩变形,能够显著减少膨胀裂开现象的发生,确保深层煤炭开采效率得到明显提升。

第三,加大岩体脆性破坏控制力度。根据大量的研究数据可以得知,在不同的围岩条件下,岩体容易出现不同程度的脆性破坏,为了显著减少此类现象的发生,要严格控制岩体变形量,并综合考虑岩石脆性力学特点,煤矿开采深度,有针对性的进行控制[6]。

(2)明确围岩稳定性影响因素

在煤矿深部开采条件之下,巷道开挖之后,围岩特别容易出现变形现象,为了加强变相控制力度,有关人员需要进一步明确围岩稳定性影响因素,例如,煤矿在进入深部开采之后,该地区的地质条件逐渐恶化,破碎岩体数量不断增加,再加上周围地应力增加,使得深部巷道周围岩体的稳定性逐渐下降。为了减少此类现象的出现,有关人员可从以下几方面着手:

第一,综合考虑巷道围岩自身的稳定性,包括该地区的地质条件,遵守完整性原则,确保围岩结构面更加完整,不断减小地下水与地应力对围岩稳定性产生的影响。在进入到深部开采状态以后,虽然围岩自身的强度会提升,但是由于地质条件逐渐恶化,矿山压力逐渐增加,会影响巷道自身的安全性与稳定性。故有关人员要全面考虑各项影响因素,加强支护力度,防止围岩出现失稳现象。

第二,煤矿巷道在开挖的过程当中,会对原有的岩应力产生一定影响,巷道掘进断面轮廓内部的岩层压力会逐渐施加到围岩上,使得巷道周围的径向应力不断减小,围岩容易出现应力集中现象。故相关人员需要适当提升围岩的强度,加强支护,减小外界因素对围岩应力状态产生的不利影响[7]。

4.装置的气密性不好把控,可漏气的地方很多,该装置必须等红磷熄灭且装置冷却后才可以打开弹簧夹,需要时间过长,一旦装置气密性略有不好,即会导致实验失败。

第三,减小煤矿深层开采带来的扰动。在煤矿开采过程之中,容易出现采动动压,使得矿体在一定的范围之内应力逐渐增加,巷道应力维护难度增加,特别是进入到深部开采状态之后,采矿所带来的扰动更加明显。因此,有关人员需要密切监测巷道围岩的变形情况,准确计算巷道围岩变形速率,并对围岩的支护体强度进行全方位检验,防止深部围岩出现失稳。

(3)控制方案主要内容

回采巷道围岩出现变形现象,受开采深度影响较大,为了进一步满足煤矿开采生产要求,提高煤矿开采的安全性与稳定性,相关人员要结合巷道围岩的应力,科学选择支护形式,在提升围岩强度的同时,确保围岩自身的受力条件得到更好改善,防止出现大面积变形与破坏现象。具体的控制方案如下:

第一,有效缩短巷道自身的开采时间,通过适当提升掘进速度,加强设备安装质量检查力度,确保各个工作面能够同时掘进,可以提高支护结构的可靠性。

第二,采取超前支护模式。由于煤矿开采的深度逐渐增加,超前支护距离不断增大,为了防止出现失稳现象,减少煤矿深井采矿压显现,有关人员需要采用科学的超前支护模式,进一步提升围岩结构的稳定性。

第三,通过采用宽面掘卸压与切槽卸压等一系列方法,针对巷道围岩进行卸载,能够显著减少集中荷载现象的出现,确保围岩自身的稳定性得到明显提升。

第四,采取钻孔注浆方式,不断提升围岩的施工强度,同时,针对围岩自身的受力条件进行优化,能够显著减少失稳现象的出现[8]。

第五,合理架设支架,针对围岩施加一定的径向力,不但对塌落的岩石起到一定支撑作用,而且可以显著提升巷道围压,确保围岩处于三向受力状态,真正达到提升围岩强度的目的。由于巷道处于不同时期,煤矿深井采矿压显现规律存在一定差异,故有关人员可以采取巷道内部加强支护与巷道周边支护等模式。

(4)注意事项

第二,适当提升采高,一般来讲,采高在2.9m到3.0m之间,通过不断增加支架活柱的行程,可以起到良好的缓冲作用。

第三,若某个工作面出现顶板破碎现象,要合理设置前架,对顶板起到良好的支撑作用。

第四,做好支架检修工作,在检修工作过程中,要求有关人员定期检查初始撑力,提高支架的稳定性[9]。

4.结语

综上所述,通过对煤矿深井采矿压显现及其控制措施进行有效分析,例如有效缩短巷道自身的开采时间、采取超前支护模式、采用宽面掘卸压与切槽卸压等方法、采取钻孔注浆方式、合理架设支架等等,可以确保煤矿深井采矿压显现得到更好控制,保证煤矿深井采矿工作能够顺利进行,显著降低煤矿深层开采安全事故的发生率。

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