摘要：随着煤矿开采深度的增加，由于受地温升高、地压增大等因素影响，矿井巷道及开采工作面的矿压将发生大幅度变化，进而对煤矿的安全开采造成影响。基于此，文章从深井矿开采中存在的问题出发，首先分析了煤矿深井开采矿压显现规律特点，然后具体讨论了煤矿深井开采矿压控制对策，以供参考。
关键词：煤矿；深井；矿压；规律；控制
引言
近年来，随着我国煤矿开采活动的不断进行，近地表煤矿资源已逐渐趋于枯竭，煤矿开采逐渐向地表深部方向发展。而随着矿井深度的增加，矿井地质构造也愈加复杂，加之受到地温升高、地压增大的影响，煤矿生产以及矿井的进一步建设都受到了极大的影响。对此，各煤矿企业都要切实加强对深井开采与支护技术的研究，在确保安全的前提下，不断提高煤矿深井开采的效益。
1深井矿开采存在的问题
1.1矿压显现加剧导致巷道维护困难
巷道维护困难主要表现在两方面：一方面是由于矿井深度的增加，巷道断面也会随之增加，以陕西某矿为例，该矿深井每增加0.1km，其巷道断面就会增加8％左右；另一方面是由于地压增大，巷道在高应力的作用下，会受到较大的破坏，巷道围岩移动也愈加剧烈。尤其是矿井深度达到0.7km后，矿压问题都普遍比较严重，特别是在采准巷道中，由于矿压的加剧使巷道维护发生困难，导致巷道的严重失修现象比例增加，并且会时常有先挖掘后维修甚至重修反修的现象。
1.2冲击地压危险性增加
冲击地压也是随着矿井开采深度增加而不断升高的。当矿井深度达到0.2km后，具有冲击地压危险的煤层数量不断增加，带来的危害也愈加严重。
1.3瓦斯危险性增加
随着矿井深度的增加，地质构造中的高沼气区域越来越多，瓦斯的涌出量也越来越到，导致矿井中瓦斯含量不断增加，若没有对其进行有效地控制和处理，必将导致严重瓦斯爆炸事故。
2煤矿深井开采矿压显现规律特点
2.1巷道变形幅度大
当煤矿深井巷道围岩处于破裂状态，或者是深井巷道围岩存在较大的破裂范围时，在开挖巷道围岩时，必然会产生较大的收敛变形量。根据国外相关研究表明，深井巷道变形量与矿井井深具有近似的线性关系，即从0.6km开始，矿井井深每增加0.1km，深井巷道的顶底板相对移近量就会增加10％～11％。这就表明，岩体强度变化是导致深井巷道变形量与井深呈现近似直线关系的原因之一。导致巷道变形量快速增加的另外一个原因在于岩石力学的性质随开采深度的增加发生了变化，如破裂区厚度发生变化。巷道变形量大，就需要采用刚性较强并可灵活伸缩的支架，否则巷道极易发生变形，甚至引起严重破坏。深井巷道翻修率高达40％～80％，多数是与不合理的支架保护有关。
2.2巷道开掘初期变形速度大且稳定时间长
深井巷道掘进初期，变形速度大、稳定时间长是深井矿压显现的另一重要特点。根据现场数据可知，在巷道掘进初期，其变形速度高达50mm/d，但是会随着巷道掘进时间的延长而呈现负指数衰减状态，经过一段时间后，衰减速度会达到一个稳定值。巷道达到稳定状态所需要的时间是与围岩的破裂范围有关，一般情况下，破裂区的厚度越后，巷道达到稳定所需要的时间越长，并且是在巷道开掘之后才能达到稳定，在变形趋于稳定后，变形速度便会维持在一个比较低的水平，巷道围岩变形速度也会与巷道变形趋于稳定的速度保持一致，直至受到采动的影响。
以赵各庄煤矿深井掘进为例，该矿13水平东翼某运输巷，埋深达1159m，该巷道围岩组份多为煤至半煤岩，主要采用锚喷网进行支护。在巷道掘进的前10d内，变形速度较快，但是变形速度呈大幅度下降的趋势，10d后逐渐接近平稳状态。
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3煤矿深井开采矿压控制对策
3.1.1巷道的优化布置
巷道要在较为稳定的巷道当中布置，在巷道的布置时需要注意避免采动应力，煤柱集中应力以及构造集中应力，至少布置一条岩巷在深度较深的矿井中，并且要注意以岩巷为主。在设置煤柱间的宽度时，施工人员可利用回采工作面来达到增加煤矿塑性区域和煤柱间预设宽度的目的，在确保采区回收率的同时，也有效减少了巷道的维护工作。另外，为有效避免巷道矿压现象，施工人员需要注意在遇到压应力为主的褶曲或逆断层时，巷道方向应与褶曲或逆断层斜交或垂直；在遇到抵抗力为主的正断层时，巷道方向应该斜交或是沿着正断层的方向来达到目的。在布置巷道的方位时要注意的是工作层面应该离开断层进行推进，采区应该同向推进，减少巷道相交，防止应力的集中，减小冲击地压，避免巷道相向掘进。
3.1.2对巷道的支护形式进行改变
在深井矿中，巷道不仅极易收到围岩应力的影响，在掘进或煤矿开采的过程中，由于受到煤矿开采的采动影响，其巷道变形也会更加严重。在硬度达到中硬及以上的岩层，若是采用较为传统的支护方式，必然会带来较大的安全隐患。因此，在进行煤矿深井巷道的布置时，需要严格根据围岩情况和巷道的实际情况选择和时的支护方式。具体来说，当前应用较为广泛的深井巷道支护形式主要有以下有以下三种：
一，高强高预紧力让压锚杆。该支护形式可以有效解决普通锚杆预紧力和强度不足的问题，同时，能够有效平衡锚固区的不均与分布荷载，改善巷道缓慢变形的情况；
二，高强预应力注浆锚索。该支护形式的应用可以有效实现对破碎岩体变形过程的控制；
三，注浆锚杆加固围岩技术。该支护形式在应用时，首先利用锚杆对巷道离层、开裂以及滑动等问题的进行控制，然后通过注浆使破碎岩石胶结，进而达到加强岩层承载力的作用。
另外，在较深的地质构造中，由于应力条件复杂、地心应力过大，并且巷道两边的围岩应力也不断增大，这就导致底板两角会受到强大的挤压作用，底板中部发生变形，因此，底板也是需要进行重点控制的部位。
3.2回采工作面矿压控制
对于回采工作面的矿压控制，主要可以从以下四方面进行：第一，对于一些已发生裂隙的岩体或煤矿，应首先注入一定剂量的树脂类粘结剂将其固化，或者用深孔树脂锚杆等对顶板和煤壁围岩进行加固，进而达到提高岩体与煤矿强度的目的；第二，减少无支护面积。对于一些新暴露的顶板需要及时进行支护，该环节可利用液压支架前探梁的伸缩功能来进行；第三，提高前梁支撑力，及时平衡顶板压力，避免顶板失控，在具体施工时，可采用构顶填实工艺，如对单体支柱工作面，可于顶梁上铺笆或金属网；第四，合理安排开采顺序及回采方向，减少应力叠加造成煤壁坍塌或顶板破坏的现象，十字铰接顶梁支护系统稳定性较好，可用于应力叠加带，如工作面上、下出口及上、下顺槽超前支承压力的应力叠加带。
结束语
总而言之，深部煤矿开采已成为矿井生产的必然趋势，虽然当前我国煤矿的机械开采水平已经有了很大的提高，但是，面对深部开采过程中存在的诸多难题，各煤矿企业还需要切实加强对深井支护技术的研究，在确保深部围岩安全性和稳定性的前提下进行煤矿的开采作业，最大限度减少围岩变形对煤矿开采的影响。
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论文作者:陈忠山
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/5/31
标签：巷道论文; 深井论文; 煤矿论文; 围岩论文; 矿井论文; 应力论文; 地压论文; 《基层建设》2018年第11期论文;