试论二次动压巷道支护设计与参数优化
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作者: 李勇强
摘 要：煤矿挖掘工作通常是一项连续不断的工作，它对各项工作之间的衔接要求较高，因此，有的情况下会对煤矿巷道进行二次使用，这就会造成动压巷道内的气压不稳定，导致动压巷道扭曲变形，严重影响巷道支护维护工作，为了提高二次动压巷道支护的承压能力，应该对支护进行优化设计，并给出详尽的设计参数。本文首先介绍了某矿区的工程概况；接着分析了某矿区巷道采用的支护技术现状和存在的问题；然后用正交数值试验设计的方法对二次动压巷道锚固支护模型做出设计；最后，对二次动压巷道锚固支护技术的参数提出优化。
关键词：二次动压 巷道支护设计 参数优化
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）0049-01
二次动压极易造成采场巷道扭曲变形，因此，应该对二次动压巷道的支护模型进行优化设计，并对具体参数进行优化。某矿区所采用的锚固支护技术就最大程度上维护了采场巷道的稳定性，保证了矿区的安全性，一定程度上增加了矿区的经济效益。另外，由于采煤工作机械化以及采煤深度的不断增加，采煤工作对巷道的面积以及对巷道内气压的变化要求也就越来越高。而且，由于一次采动后，如果对巷道支护体系没有进行及时的调整和护理，就会给二次采动工作施工稳定性造成一定的困扰。文章分析了某矿区二次动压巷道支护技术所存在缺陷，并针对支护技术存在的缺陷提出了具体的支护模型设计方案以及详尽的优化参数。
1 某煤矿工程概况
某煤矿位于河南省境内，煤矿核定生产能力为280万吨。该煤矿的平均深度为500 m，煤层平均厚度为2.6 m。整个煤层的倾斜度在6°～8°之间，煤层的坚硬系数为f为2～3。该煤层的基本顶板多为灰、灰黑色粉砂岩、细砂岩及泥岩，平均厚 7.55 m；直接顶板为深灰―灰色致密砂质泥岩，平均厚1.93 m。底板为灰白色粉、细砂岩。
2 某矿区巷道采用的支护技术现状及存在的问题
某矿区巷道采用的支护方式为锚网索喷和加设梯形工字钢棚支护。支护技术的支护材料基本上金属构成的。梯形工字钢棚式支护技术不能主动对二次动压巷道内的围岩施加支撑力。所以，当一次采矿工作结束后，巷道内的围岩基本上就发生了变形。通常情况下，巷道顶部的岩层会发生与整个矿体分离剥落的情况，这就导致支架严重损坏，而且没办法维修，当发生这样的情况的时候，巷道就只能报废而重新开发一条新的巷道，这无疑增加了采矿成本。
3 锚固支护技术正交数值实验设计
随着采矿深度的不断加大，对矿区二次动压巷道支护技术也提出客观要求，传统煤矿开采过程中所用的金属支架已经远远不能满足深层采煤的技术要求，因此，锚固支护技术正被越来越多的煤矿开采单位应用于实际煤矿挖掘工作中。在采用锚固支护技术之前，应该利用正交数值的方法，根据巷道内的各个因素水平，来对锚固支护技术方案进行模拟。
在对二次动压巷道支护设计的时候，首先应该对二次动压巷道的整个应力场进行分析与研究。并且结合二次应力、顶板、两帮等因素来分析锚固支护技术设计与参数优化的具体数据指标。这些数据指标的建立是通过模拟采矿作业对动压巷道的实际情况进行分析统计而得来的。二次动压巷道锚固支护正交数值试验设计数据指标详情见表1。
4 二次动压巷道支护设计与参数优化方案
上述正交数值试验设计数值指标为二次动压巷道支护设计与参数优化提供了数据支撑。这些数据指标还表明了锚杆和锚固对支架具有很强的固定作用，它能够增加支架对围岩的支撑能力，这样一来，就能保障巷道的稳定性。在制定二次动压巷道支护技术优化方案的时候应该考虑巷道稳定性、顶板相对收敛率、两帮相对收敛率、巷道最大位移矢量和巷道支护费这些指标因素，来建立锚固支护设计与参数优化方案。优化方案详细参数见下表2。
5 结语
二次动压巷道支护技术体现出来的稳定性反映了当巷道发生变形扭曲的时候，该项支护技术能否对巷道起到足够的支撑作用。为了保护和维持巷道的稳定性，防止巷道因为围岩应力变化而造成的巷道变形，应该对巷道采取锚固支护技术对巷道进行维护，这样才能保护围岩的稳定性，保障矿井的安全。
巷道稳定系数及最大位矢量反应了二次动压巷道所具有的抗压能力、而顶板收敛度则反映了二次动压巷道使用率的高低。另外，二次动压巷道的应力环境是对巷道稳定性造成威胁的最重要原因。通常情况下，我们不能改变巷道的应力环境，只能提高巷道支护技术水平来保证矿区的安全。
综上所述，优化二次动压巷道支护技术时，应该改变原先的棚式支架支护技术，积极选用主动支护方式，综合环境、成本、费用等方面因素合理选用锚固支护技术方案参数，从而达到优化巷道二次动压支护的目的。
参考文献
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