矿井深部开采矿压与支护技术探讨
[摘 要]伴随社会进步及经济发展，我国煤矿开采规模不断扩大，煤矿开采深度不断增加，深部开采煤矿已成为煤矿生产的必然过程。从现阶段技术水平来看，煤矿生产与日后矿井建设治疗、煤矿生产效率间存在着密切联系。如何借鉴国内外先进技术理念提高煤矿深部开采效率，是相关企业在发展进程中所面临的主要挑战。本文以矿井深部开采为切入点分析影响矿井深部开采的风险因素，就提出具体的巷道支护与围岩相互作用原理进行深入探究，旨在为相关技术人员积累更多的工作经验。
[关键词]矿井深部；开采矿压；支护技术
中图分类号：S633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0039-01
自进入21世纪以来，在社会经济稳健发展的大背景下，我国矿井深部开采技术水平已取得一定进步及发展，社会对于矿井深部开采提出全新的要求及标准。为了顺应时代发展潮流满足日趋严格的矿井深部开采要求，矿井深部开采技术重心逐步向分析影响矿井深部开采风险因素及提出具体的巷道支护与围岩相互作用原理转变。同时，伴随煤炭开采技术不断进步，煤炭开采设备日趋丰富煤层开采深度日益增加，尤其是我国东部地区经济发展速度较快能源消耗量大且缺口较大，促使矿井深入开发成为不可阻挡的发展趋势[1]。从产煤国家差异性角度来看，其煤层赋存条件及技术设备间差异性较大且所面临的深部开采问题也不尽相同。鉴于此，本文针对矿井深部开采矿压与支护技术的研究具有重要意义。
1.矿井深部开采的概述
伴随煤炭开采技术不断进步，煤炭开采设备日趋丰富煤层开采深度日益增加，以我国东部地区为例经济发展速度较快能源消耗量大且缺口较大，促使矿井深入开发成为不可阻挡的发展趋势。从产煤国家差异性角度来看，其煤层赋存条件及技术设备间差异性较大且所面临的深部开采问题也不尽相同[2]。国际对深井暂时缺乏详细的界定标准，多数学者建议煤层深度研究必须与自身国家国情相结合，目前我国尚未明确界定深井且采深超过700米区域超过50处占总体8.35%、采深超过800米区域超过25处。在矿井开采深度不断增加的大背景下，矿井中矿压日趋强烈，客观上加剧巷到维护工作量及工作难度。
同时，地下温度不断上升加剧勘测工作困难，一旦开采条件不断恶化深受生产技术及经济效应双重影响促使矿井深部开采出现全新问题。从深部煤层开采角度来看，以矿山压力为影响矿井深度开采效果的主要因素，深受高应力作用影响围岩发生相对应移动且位移剧烈造成巷道出现严重变形破坏巷道完整性，尤其是进行开采底板岩石的过程中拱形金属支架及结构封闭式支护巷到出现变形问题[3]。巷道开掘后短暂时间内出现丧失稳定性问题客观上加剧围岩收缩变形问题及巷道维护工作量、工作难度，造成巷道维护工作所投入的成本不断增长成为煤炭企业的经济负担。
由于巷道内围岩变形速度较快且变形量较大，客观上扩大巷到周边变形范围，换而言之对深井巷道来说岩石性质对其影响较为明显。伴随巷道不断深入，岩性间差异逐渐于巷道围岩变形处发生进行性展现。从巷道角度来看，其维护成本较高且伴随掘进深度及掘进所取得的位置处于不断变化的过程，巷道存在出现大量废弃或大量闲置的可能性，但是巷道支架工作特殊性要求较为严格，对可缩量、工作阻力及初撑力均存在较为明确的要求[4]。此外，虽然面向通过大支架型号组织巷道围岩变形实现难度较大，但是使用加大型号对巷道围岩变形存在一定的辅助修复作用。
2.矿井巷道支护与围岩间相互作用原理
一般说来，巷道支护难以立即开挖支护无法发挥其及时作用，普遍于直到周围岩石发生一定变形后巷道支护方能发挥其有效作用，并且巷道支护与周围岩石间相互作用为巷道支护支撑阻力提供强有力的支持，有效控制周围岩石塑性区发展及围岩变形以达到保持周围岩石稳定性的目标。同时，巷道支撑刚度越低、支撑效果越强、支撑荷载越小则支撑阻力越小、巷道岩石变形越大。从软岩路面来看，受壁岩压力相对较大的影响，巷道支护难以抵抗墙体压力尽量允许适当变形或收缩以达到获取较小支撑阻力的目标，进一步适应较大的围岩变形保证围岩的稳定性。
同时，巷道支撑刚度不得过小或滞留时间过长直接影响其使用年限不利于后期维修，巷道支护最小阻力尽量控制最低或無松动破碎面积。目前研究成果中组合拱理论、组合梁理论及悬架理论是巷道螺栓支撑设计中最为经典的理论，被广泛应用于各个领域得到越来越多技术人员的认可，尤其是悬架理论以巷道周围破损的弱岩石锚固于深硬岩石上锚固理论为内在本质。有学者利用可能发生拱形的巷道悬架理论明确提出螺栓支撑计算方法，并且组合梁理论主要通过多层薄岩层夹在一体内形成具有较高承载力的厚岩梁理论。此外，提出螺栓支撑梁详细设计方法及程序，锚固区外岩石及锚地区岩层综合考虑提出优化梁设计标准。
此外，复合拱理论是深井采矿技术发展进程中利用锚固及喷射等方法完成采矿过程的设计方法，其实质为通过形成周围岩石压缩控制2个楔形剪切滑块保证后续流程。从围岩状态角度来看，围岩是巷道矿压控制的核心基础要素，一旦围岩被破坏则深井巷到变形量大小及支护难度大大增加。除受自身力学性质的影响，更多的是对受区应力场控制，尤其是围岩作用力超过其原有承受力时存在破坏围岩的可能性，而控制深井矿压的重要因素为时时关注围岩状态及时予以加固处理。
3.结语
通过本文探究，认识到巷道围岩变形规律及巷道支护理论是我国矿井深部开采的主要研究方向，客观上要求广大技术人员以巷道支护、围岩稳定条件及支护与围岩间作用关系为切入点着重分析巷道支护与围岩相互作用原理，为保证矿井巷工程经济性及安全性奠定夯实基础。同时，矿井巷道布局设置以避开应力集中区域为前提条件尽量选择稳定性较强的岩石部分，尤其是在深部开采过程中尽量设置岩巷，有学者经研究表明当开采深度处于800米至1000米时不得仅使用传统支护方式完成巷道维护。
参考文献
[1] 杜忠.某矿深部大断面泵房硐室稳定性控制技术[J].现代矿业，2017（11）：222-225.
[2] 靳伟民.耦合支护技术在高应力巷道围岩控制中的应用[J].水力采煤与管道运输，2017（03）：42-48.
[3] 齐中立，刘潇.矿井深部开采矿压与支护技术研究[J].中国战略新兴产业，2017（24）：66.
[4] 巷道矿压与支护技术研究所[J].煤炭技术，2016（09）：2.