摘要：随着社会经济的发展，我国对矿产资源的需求不断增加，矿山开采越来越多。但矿井的回采过程中，由于井下地质条件复杂，在其操作过程中如果存在失误，将会导致较为严重的人员伤亡。基于此，如何提升矿山压力控制以及后期的支护是实现矿井安全生产的首要任务之一。
关键词：煤矿；回采巷道；矿山压力；控制；支护
引言
巷道是保证矿井生产的必备条件，巷道的快速掘进及支护是实现矿井高效生产的前提。随着矿井机械化程度的不断提升，回采工作面的推进速度不断提升，采掘接替紧张局面在一定程度上制约矿井生产。同时随着矿井开采深度的不断提升，巷道的掘进以及支护的难度不断的提升。面对上述问题，如何快速的对巷道进行掘进、支护成为矿井能否高效持续生产的关键问题之一。此外，相关工作人员需要根据巷道顶板运动状况，对其力学性质进行分析论证，当出现问题时进行集中处理。基于此，为实现矿井的安全生产，保证工作人员的人身安全，需要合理控制矿山压力并选择相对应的合理支护方案。
1矿井巷道矿压控制的重要性
矿山巷道的矿压是指采矿巷道上方岩土体施加的力。矿井压力产生的原理是，在挖掘巷道或开采煤矿的过程中，采掘活动对原岩应力造成破坏，导致巷道上覆岩层应力增大，且这个力相对较高，并且由于巷道的外侧围岩的运动同样会发生变化，地下的岩层形成了多变的环境特征，也会产生广泛的应力场。在采矿过程中，应力同样会产生变化并再次分布，并且巷道顶部压力将相互作用并相互交叉。由于矿山工作环境复杂，在采煤过程中，如果支护强度不够，则会破坏整个巷道甚至发生垮塌冒顶。一旦发生坍塌，不仅会造成巷道内的堵塞，还会对煤矿的生产以及经营等活动造成影响，甚至对采矿人员人身安全构成严重威胁。
2回采矿山压力分类
（1）原始应力。原始应力是指岩体未被开采之前，存在于岩体内部的应力。受外界环境影响，在巷道的选择过程中，应当及时避开原始应力场，同时原始应力场也会对后期巷道产生的作用力造成影响。这种影响一般包含两种，第一种是根据压力产生的原因所造成的影响，主要由于巷道处于较深部的岩层，会受到上覆岩层的重力影响而产生应力场。其次，压力会受到巷道外部环境因素影响，掘进过程中会随着地质构造的变化而发生不同程度的差异，在受重力影响的同时也要受自身的影响，最终导致后期的应力场会发生不同程度的变化。（2）机械开采应力。一般情况下，井下的生产过程中经常需要先深入到较深部的煤层后，随后进行后续的采掘工作，但实际生产过程中经常会遇到一些特殊的地质构造，这种复杂的地质构造会导致岩石的力学性质发生不同程度的改变，而对应其内部的应力与岩石的成分也会有较大的关联。二者之间会导致应力环境发生不同程度的改变，与此同时，井下的实际生产环境会导致应力随开采作业而发生不同程度变化。（3）支撑部件。实际生产过程中，在井下作业时需要保证巷道周边的环境能够长期处于较为稳定的力学状态。这种情况下一般会涉及到支撑部件的使用。支撑部件主要用于对井下的内部环境进行力学状态的调整，井下的岩石层会收到其自身重力的影响，从而导致相互之间的作用力较大，进而使其应力出现短时间内突然增大的情况，当支撑的面积增加时，对应的围岩应力也会出现不同程度的增大。
3回采巷道矿山压力支护方案
3.1注浆加固
采用注浆加固可以对掘进巷道周边岩层内的裂隙进行充填，提高围岩承载能力，并降低水对围岩的侵蚀、软化，同时可以改善架棚支护受力情况。注浆材料选用水泥－水玻璃双液浆，水灰比为1：1，水泥与水玻璃的体积比控制在1：0．04。采用的注浆管长度为1．5m，管径为60mm，间距及排距均为1．6m，注浆压力控制在2．5MPa。
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3.2合理安排施工时间
合理安排巷道开挖时间将直接影响巷道的矿压控制。在施工过程中，应有效控制巷道的变形，控制的主要内容是确保巷道施工时间及空间，然后挖掘巷道内部的应力场。在巷道的掘进过程中，必须控制时间和安全距离，以满足内部应力场的挖掘和维护工作，这是必须满足的条件。
3.3压力过程
在矿井巷道的回采过程中，首先应当充分考虑巷道应力场的变化情况。其中，内应力场的变形、维护及施工时间都会对后期的支护设计产生不同程度的影响。基于此，可将支护设计划分为应力场形成前后两个阶段。首先，在应力场形成前巷道围岩中存在原岩应力，由于采掘会导致应力在短时间内逐渐增大，破坏巷道周边的应力区域，最终导致支承压力逐渐减少；其次，内应力场的形成会受到工作面长度的影响，当到达破坏拱区域时发生断裂。一般将其发展过程划分为三个过程，而整个过程都会受到矿山压力的影响而出现压缩或变形的情况，且每个阶段的变形都强于上个阶段，这也就是内应力变化最为显著的特点。
3.4超前支护
巷道超前支护采用管棚，将钢管沿着巷道掘进轮廓线边缘呈3～5°倾角插入到前方岩体中。管棚一端深入到待掘岩体内，另一端在支护体上，使用管棚支撑承载区域上部的载荷，由于管棚具有一定的搭接距离，从而可以保证巷道围岩稳定，避免出现顶板冒落事故。回采巷道掘进时涌水量较大，采用管棚超前支护，在保证正常的巷道支护之外，还能起到一定的超前探测作用。对于涌水量较大的地段，管棚超前支护还可以起到疏水作用。管棚的长度可以采用下述经验公式确定：
L=Hcotα+1．5
其中：L表示管棚长度（m）；H表示巷道围岩垮落高度，（m）；α表示巷道围岩内摩擦角（°）。根据1201回采巷道围岩岩性参数，巷道掘进时围岩垮落高度L取值2．5m，围岩内摩擦角取值26°，从而计算求得管棚长度为5．6m。当围岩岩性较差时，可以适当的增加管棚长度，当围岩岩性较好时，可以适当减少管棚长度。综合分析1201回采巷道掘进工作面围岩岩性，确定管棚长度为6m。为了便于现场进行安装，管棚选用每节长度为3m，壁厚为5mm，直径为50mm的无缝钢管。将管棚尖削尖后插入到掘进前前方围岩内，管棚的搭接长度控制在1200mm。
结束语
综上所述，回采巷道矿山压力控制与支护的设计在一定程度上会对矿井的回采产生直接影响，关于支护方案的选择需要综合考虑目标区域地质情况、采掘时间以及其应力变化的影响，有时还需要考虑相关的设计规范，综合考虑才能取得较为理想的支护效果。因此，相关工作人员应当提高对于此项工作的重视程度积极采取较为有效的解决措施，在提高矿井经济效益的同时保证工人的人身安全。
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论文作者:刘家启1,禇夫运2,杨蓉蓉3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/7
标签：巷道论文; 围岩论文; 应力论文; 力场论文; 矿井论文; 压力论文; 矿山论文; 《基层建设》2019年第23期论文;