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复杂地质构造下的巷道掘进支护研究

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  摘 要:为了进一步改善矿井复杂地质条件下巷道变形较多以及稳定性较差的实际问题,煤矿生产企业在其实际生产过程中应当注重对于巷道支护技术以及围岩力学性质的研究,从而有效提高巷道的支护强度,实现矿井的安全高效生产。
  关键词:煤矿;地质构造;复杂;巷道支护
  目前,随着煤矿开采技术的持续进步,开采深度也在不断的加深,而矿产资源属于不可再生能源,需要采取有效措施以提高资源利用率。其中,在掘进和支护中采取合理的技术方式,能够有效提高产量,但现阶段的矿产资源开采中仍然存在诸多安全隐患,对井下相关工作人员的人身安全造成了严重威胁,而支护是保证工作面安全生产及降低事故发生的关键技术之一。首先,可以通过设置较为安全的防护措施,通过具体的支护方式防治矿井出现坍塌,保证后续工作的游戏有序进行。我国的煤矿开采大多属于软岩结构,因此对于实际的支护会有更高的技术要求,为有效解决现阶段复杂地质条件下巷道掘进问题,需要对其巷道支护技术进行进一步的研究。
  1 矿井巷道支护常见问题
  1.1 环境恶劣,设备落后
  由于煤矿开采的巷道位于地下区域,同时开采行业也是高风险的工业行业之一。在实际生产过程中,巷道的开采范围呈现不断扩大的趋势,而很多开采过程中的支护技术仍然不完善,同时许多企业对于掘进设备的选用也存在一定的缺陷,很多矿井现阶段的设备仍然较为落后,同时受技术的约束,很多矿井的综合机械化开采水平有待进一步的提升。
  1.2 巷道结构混乱,操作不规范
  实际生产过程中,煤炭开采的各步骤都是需要紧密相联系的。矿山开采过程中常用悬臂式掘进机,而其开采过程通常包括人工的锚固、空中作业以及煤炭资源的挖掘等操作过程,其中很多的设计流程会出现缺失,从而导致整体的掘进效率降低。在矿井的巷道设计过程中,采用传统技术,仅适用于单一巷道开采,无法满足现阶段更为多样化的技术开采需求,严重阻碍了矿山的经济发展以及技术进步。
  2 巷道变形原因
  现阶段复杂地质条件下的巷道支护大多数属于软岩支护,软岩是一种风化较为严重,且整体结构较为单一的岩石类型,其整体的力学性质较不稳定。当开采过程中出现软岩巷道区域时,首先应当对此部分的巷道进行合理支护,改变其支护困难的问题。尽管现在很多先进国家对于软岩巷道的支护技术有多方面的研究,但其实际应用过程中仍然存在一定的局限性,很难解决其应力较高的主要技术问题。现阶段我国的巷道支护技术大多与锚索支护为主,这种操作技术可以深入煤层的内部进行支护,有效实现了巷道围岩的稳定性控制。
  高应力是软岩巷道发生变形的主要原因之一,巷道两侧会发生不同程度的位移,同时伴随着顶板的下沉,底板也会在一定程度上影响整个巷道的稳定性。从底板的受力来看,巷道的底板一般不进行支护,而不断的掘进会导致原本的底板垂直应力发生变化,导致整体巷道变形,特别是巷道处于斜交的状态时会破坏另一侧的巷道,从而导致出现连环破坏效应。发生底鼓之后,巷道的岩体也会发生不同程度的膨胀,岩石强度发生降低,最终出现坍塌等事故。
  3 具体应对措施
  3.1 技术要点
  巷道支护的关键在于所选的支护技术能否有效控制软岩的变形,通过锚杆处理受损围岩时可以实现软岩巷道的支撑,使处于引力较低的区域被有效控制。最终提高围岩自身承载力,当围岩发生较大范围的变形时,则能够体现出其支护效果。软岩巷道容易膨胀且整体稳定性较差,因此在其掘进过程中很容易出现变形,很多的国家采用金属支架完成其支护,但传统的支护技术很难满足多变的软岩力学性质要求,基于此,越来越多的新型支护技术被广泛应用。
  3.2 全金属支护及U型支护
  全金属支护主要包括全封闭低金属支护以及现浇混凝土支护,在支护体的变形及围岩应力的处理过程中全金属支护很难满足现阶段生产需求,仅能够满足一定范围内的强度要求,不适合较大的范围支护。U型支护要求金属支架具有较强的伸缩性,对于应力的适应性较强,支护效果也较好,能够满足现阶段围岩变形较为严重的情况。同时,这种支护方式的结构较为简单且承载力较强,特别是围岩变形之后的支撑效果显著。
  3.3 联合支护
  现阶段常用的支护技术中,锚杆支护属于主动支护类型,同时也存在被动支护,在锚杆的安装过程中需要锚杆自身具有足够的应力,从而保证其较小范围的下滑,提高围岩的稳定性,最终达到支护目的,而联合支护主要采用不同性能的锚杆锚索进行组合支护。在一定程度上,软岩巷道的支护较为困难,联合支护技术可以在一定程度上改变围岩受压情况,控制围岩的变形,提高其自身硬度,同时随着技术的不断推进,根据锚杆锚网的支护技术特征,能够提高其自身适应力,最终达到理想支护效果。
  4 结语
  现阶段,随着社会经济的不断发展,煤矿企业的经济收益也在不断提升。而能量的资源需求量的提升,对于井下设备的要求也相对较高。在实际生产过程中,应当以安全作为各项操作的前提,繁杂的支护技术对于不同围岩的适应性也存在不同的适应性,合理的选择支护方式以及支护材料,能够进一步发挥支护作用,解决现阶段支护困难的问题,从而提高整个矿井的经济效益。为了进一步实现支护效果的提升,避免事故的发生,需要在未来的生產实践中进行进一步研究与探索。
  作者简介:
  李恒(1989- ),男,山西阳泉人,采矿助理工程师,从事工作:采矿工程方面。
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