煤礦深井開采礦壓顯現規律與控制

　　煤礦深井開采礦壓顯現規律與控制 2.煤礦深井巷道礦壓顯現特點

　　2.1.煤礦深井巷道變形量大

　　煤礦深井巷道礦壓顯現的顯著特點之一是巷道開挖就產生大的收斂變形量。這一特點是由深井巷道圍巖處于破裂狀態和深井巷道圍巖有較大的破裂范圍決定的。蘇聯的研究表明，隨煤礦深井開采深度加大，煤礦深井巷道變形量呈近似線性關系增大，從600m開始，煤礦深井開采深度每增加100m，巷道頂底板相對移近量平均增加10%-11%，如圖1所示。理論分析表明，深部開采的煤礦深井巷道變形量隨開采深度增大呈近似直線關系增大，如圖2所示，開采深度每增加100m的煤礦深井巷道變形增量與巖體強度有關。

　　國內外深部開采的實踐表明，煤礦深井開采深度為800-1000m時，巷道變形量可達1000-1500mm甚至更大，與開采深度和巖石力學性質(破裂區厚度)等因素有關。由于深井巷道變形量大，若支護不合理(如采用剛性支架或支架的可縮量不足)時，煤礦深井巷道變形、破壞嚴重，因此，深井巷道的維修工作量大，維護費用高。實踐表明，深部開采的巷道翻修率(損壞率)可達40%-80%(部分是由于支護不當造成的)，甚至高達100%，與煤礦深井開采深度、巖石力學性質、支護方式、支架力學性能與參數，特別是可縮量等有關。

　　2.2煤礦深井掘巷初期變形速度大

　　煤礦深井巷道礦壓顯現的另一個顯著特點是，巷道剛掘出時的變形速度很大。根據現場觀測表明，深井巷道剛開挖時的變形速度可達50mm/d以上。觀測巷道為趙各莊礦13水平東翼階段運輸巷(現場稱為電車道)，埋深1159m，圍巖為煤至半煤巖，錨噴網支護。巷道掘出后，變形速度隨時間的延續呈負指數曲線急劇衰減，經過一定時間后趨于穩定，如圖3所示。

　　2.3變形趨于穩定的時間長和長期蠕變

　　變形趨于穩定要經歷一個較長的時間過程是煤礦深井巷道礦壓顯現的又一大特點。從圖3可見。

　　2.4煤礦深井巷道底臌量大

　　底臌量大是煤礦深井巷道礦壓顯現的又一個顯著特點。而且，從國內外的有關報道看，深部開采的煤礦深井巷道底臌現象具有普遍性。據蘇聯對部分深井資料的統計分析，底臌現象及底臌量與開采深度有很大關系：即隨開采深度增大，易于產生底臌的巷道比重越來越大，底臌量及其在頂底板相對移近量中所占的比重隨開采深度增大而增大。

　　2.5沖擊地壓發生的頻率和強度增大

　　理論研究和生產實踐都表明，礦山沖擊地壓的發生、發生的頻率和沖擊強度與開采深度有密切的關系。隨開采深度增加，煤、巖體因變形而積聚的能量呈二次方關系增加。因此，在深部開采條件下，煤、巖體中積聚了巨大的能量，當采礦活引起的能量釋放速度大于煤、巖體破壞消耗的能量速度時，導致沖擊地壓的發生。實踐表明，深部開采發生沖擊地壓的頻率大大增加，沖擊的強度顯著增大。深部開采的沖擊地壓問題在巖體強度較大的礦山更為突出。

　　煤礦深井開采礦壓顯現規律與控制 3.煤礦深井回采工作面礦壓顯現特點

　　3.1老頂的初次來壓

　　當老頂達到極限跨距而且斷裂時形成三鉸拱式的平衡以后，隨著工作面繼續推進，將導致新巖塊A的斷裂，如圖4所示。當老頂巖塊失穩時，形成了巖塊滑落，對工作面**造成嚴重威脅。由于老頂破斷巖塊回轉的影響，工作面頂板必然發生下沉。

　　3.2老頂的周期來壓

　　老頂初次來壓后，回采工作面繼續推進，裂隙體梁所形成的結構將發生以下變化。如圖5表示了這個變化過程。

　　4.煤礦深井巷道的礦壓控制

　　4.1優化煤礦深井巷道布置

　　采準煤礦深井巷道的布置應避開煤柱集中應力、構造集中應力、采動應力的影響，選擇在巖性較為穩定的巖石中。深部采區主要準備巷道應以巖巷為主或至少布置一條巖巷。避免煤礦深井巷道相向掘進和巷道近距離平行布置，減少相交煤礦深井巷道(或避開銳角)，從而減小應力集中，減少發生沖擊地壓的危險性。

　　4.2改革煤礦深井巷道支護形式

　　對國內外大量煤礦深井開采礦井的研究表明，布置在中硬以下巖層中的巷道變形破壞嚴重（特別是受采動影響后），當采深在800-1000m以上時，在中硬及中硬以上巖層內布置的巷道，若采用傳統的支護方式，煤礦深井巷道維護仍很困難。因此，煤礦深井深井中，除要求合理布置巷道位置外，還應根據煤礦深井深井礦壓特點，煤礦深井巷道支護必須滿足既能加固圍巖又能提供較大的支護力、具有較大的可縮性和一定的初撐力等要求，根據圍巖狀況和巷道條件，采用不同的支護形式。目前，深井巷道應采用的主要支護及控制措施有以下幾方面。

　　(1)在采準煤礦深井巷道中發展多種形式的U鋼可縮性支架，是解決圍巖高應力、大變形的有效支護形式。提高支架架設質量，加強壁后充填，改善支架受力狀況。

　　(2)發展以錨桿為主體的新型支護，即錨噴支護、錨梁網組合支護、錨桿與可縮性支架聯合支護以及可縮性錨桿等。合理選擇支護形式和參數，加強質量管理，完善檢測手段等是錨桿支護應用的重要問題。

　　(3)針對采準煤礦深井巷道不同時期，采動影響引起的不同圍巖移動特征，采用改變煤礦深井巷道支護方式、調節巷道支護強度的非等強多次支護工藝，對改善煤礦深井巷道的技術經濟效益有重要意義。

　　(4)錨噴網聯合支護在服務年限長，圍巖較穩定的煤礦深井巷道中廣泛應用，這一支護形式能充分發揮圍巖自承能力，防止水及空氣對圍巖的風化作用。

　　5、煤礦深井回采工作面的礦壓控制

　　5.1深井回采工作面礦壓控制的特點

　　深部采場礦壓控制特點由深部采煤工作面頂板巖性變化特點和可能發生的冒頂事故類型決定。經調查，煤礦深井開采煤層的頂板巖性變化隨著采深增加，頂板巖層有逐漸變碎和強度降低的趨勢；隨采深增加，斷層、裂隙、層理和節理逐漸發育，同一層位的巖層分層厚度逐漸變薄，弱面增多，采場頂板懸頂長度逐漸減小，由不容易垮落變得容易垮落；在頂板巖層變碎和強度有所降低的情況下，深井采場出現漏垮型冒頂事故的可能性加大。

　　5.2煤礦深井回采工作面礦壓的控制措施

　　(1)對工作面前方已產生裂隙的煤、巖體，超前工作面注漿，注入樹脂類粘結劑，使其固化，提高煤巖體自身強度，保證其穩定性；也可采用深孔樹脂錨桿加固頂板和煤壁。

　　(2)盡量縮小端面空頂距，減小無支護面積。若液壓支架前探梁有伸縮功能，更有利于新暴露頂板的及時維護，特別有利于片幫后裸露頂板的管理。

　　(3)提高前梁支撐力，及早地使支撐力與頂板壓力取得平衡，減小新暴露頂板的離層、撓曲機率。加強移架工序的管理，盡力減少破碎頂板的活動程度。

　　(4)對單體支柱工作面，頂梁上盡量鋪笆或金屬網，若有漏頂，應及時構頂填實，以防頂板失控，導致支架的失穩。

　　(5)要有合理的開采順序和回采方向，避免應力疊加造成煤壁壓酥，頂板破壞。

　　(6)工作面上、下出口及上、下順槽超前支承壓力的應力疊加帶，應優先選用穩定性較好的十字鉸接頂梁支護系統。

　　(7)要踏實地做好測壓工作，掌握初次垮落、初次來壓、周期來壓步距、超前支承壓力的有害影響范圍、支柱載荷及巷道圍巖變形規律，以便針對性地做好量化管理。

　　5.結論

　　（1）煤礦深井巷道礦壓顯現的顯著特點之一是巷道開挖就產生大的收斂變形量。這一特點是由煤礦深井巷道圍巖處于破裂狀態和煤礦深井巷道圍巖有較大的破裂范圍決定的。

　　���2）國內外深部開采的實踐表明，煤礦深井巷道變形量與開采深度和巖石力學性質(破裂區厚度)等因素有關。

　　（3）深部開采發生沖擊地壓的頻率大大增加，沖擊的強度顯著增大。深部開采的沖擊地壓問題在巖體強度較大的礦山更為突出。

　　（4）避免煤礦深井巷道相向掘進和巷道近距離平行布置，減少相交煤礦深井巷道(或避開銳角)，可以有效地減小應力集中，減少發生沖擊地壓的危險性