煤矿深层（精选3篇）
煤矿深层 篇1
煤炭是我国的主要能源, 在长期的开采过程中使得各大煤矿矿井的开采深度都在逐年加大, 随着深度的增加, 矿井巷道所面临的地质状况也越来越复杂, 有很多的矿井都面临着程度不一的软岩问题, 深部的岩体中会受到复杂的地质应力影响, 从而增大了深部巷道岩体的应力变化, 使得巷道岩体的结构特征以及力学性质的复杂性大大增加。为了做好巷道的支护工作, 应当对深层巷道的地质状况有充分的了解。本文将在分析深层巷道地质状况的基础上, 提出如何做好深层巷道的支护。
1 深层巷道所面临的地质状况
随着煤矿开采深度的增加, 其矿井巷道所面临的地质状况更为复杂多变, 其所受到的地应力也随着深度的增加而增大, 尤其是在一些地层较为活跃且地质构造活动较为频繁的区域, 其地质结构变化所引起的残余构造应力更为严重;此应力作用在深层巷道中会使得巷道所面临的变形量和变形速率都大大增加, 且受到的变形应力持续时间较长, 尤其是应力所引起的流变性更为严重, 这是造成煤矿深层巷道支护破坏的主要影响因素之一。通过对以往煤矿深层巷道中的地质状况进行分析统计后发现, 在深层煤矿巷道遭遇软岩的情况下, 其巷道的软岩受高应力的作用短时间内不会发生变形破坏, 而是受深层地质结构所产生的高应力的作用呈现出较为明显的流变特性, 从而使得深层煤矿巷道在应力的作用下产生持续性的变形并在达到所能承受的极限后产生较为明显的破坏。总的来说, 煤矿深层高应力软岩巷道中围岩的变形破坏与其流变特性密切相关, 意思就是随着深层煤矿巷道的挖掘, 巷道围岩的变形量与变形速率在不断的积聚增大, 并在一段时间后达到巷道软岩结构所能承受的最大值后产生失稳破坏。总体来说, 在一些地质结构较为复杂且强度较低的岩层所受到的流变现象影响较为严重, 例如:泥化夹层软岩、膨胀性泥岩、软弱夹层等, 以上这些软弱岩层在受到重力、结构应力以及采动应力组成的复杂应力场的共同作用下, 煤矿巷道周围软岩的流变现象会随着时间的推移而越来越明显, 对煤矿巷道围岩的稳定性的影响也越来越强。所以在进行煤矿巷道支护时需要考虑围岩流变性对煤矿巷道支护所产生的重要影响。
深层煤矿巷道软岩在高应力的作用下会产生明显的塑性变形, 且具有高地压、变形量大、支护困难等特性, 深层煤矿高应力岩一般是古代及部分中生代软岩含大量的高岭石、伊利石等膨胀性粘土矿物, 成岩时间较长且结构较为致密, 通常在较高的应力状态下表现出较为明显的软岩特性, 其中高应力软岩多为较硬的岩石, 岩体的破碎性、强度等都较低, 受到明显的外力后容易破碎且流变性极高, 在进行深层煤矿巷道的挖掘前, 整个高应力岩在深层地质结构高应力作用下, 整个岩体是整体闭合受力的, 整个岩体稳定且具有一定的受力承载能力;而当深层煤矿挖掘后, 破坏了高应力岩的整体性, 使得深层煤矿巷道处于地应力的环境作用下, 整个深层煤矿巷道的岩体结构面张开、贯通, 造成受力加大且流变性较为明显, 整个岩体不稳定且承载强度较低。
2 深层煤矿巷道围岩变形破坏的主要特性
深层煤矿巷道软岩在长期处于地质高应力的作用下使得巷道周围的围岩呈现出较为明显的变形破坏性, 整个围岩具有较为明显的流变性和大的变形能力, 围岩的自稳定时间短而变形的时间较长且变形量较大, 这些都为深层煤矿巷道围岩的支护带来了极大的影响。在低应力的地层环境中, 岩体受力后呈现出较为明显的破坏性, 且以脆性断裂为主, 间或有岩石的永久变形或塑性变形, 甚至是没有。而随着煤矿开采深度的增加, 其应力逐渐向高应力转换, 其特性表现为深部延性力学影响行为。
3 深层煤矿巷道的支护
3.1 锚注支护技术。
锚注支护技术主要是通过采用锚杆与注浆管相结合后所实行的一种新型支护技术。其主要的施工方法是通过用高压的方式向围岩所含有的大量裂缝中注入能够胶结硬化的水泥砂浆等, 加大了深层煤矿巷道围岩的整体性, 增强其受力能力, 从而提高了深层煤矿巷道的长期稳定性。其主要特性如下: (1) 通过采用水泥砂浆等封闭了岩体中的缝隙, 封闭了水源、隔绝了空气。 (2) 通过采用注浆技术可以对深层煤矿巷道围岩中变形较为明显的关键部位进行强化, 提高深层煤矿巷道围岩的长期稳定性。 (3) 深层煤矿巷道围岩的锚注支护方式可以与其他深层煤矿巷道的支护方式相结合, 从而形成多层次、深结构的支护防护层。
3.2 深层煤矿巷道围岩的稳定控制技术。
为做好对于深层煤矿巷道围岩的控制, 通过采用高性能的支护方案增强其整体支护性并提高深层煤矿巷道围岩稳定性的控制。在深层煤矿巷道支护的过程中, 可以采用悬吊理论、组合拱理论以及组合梁理论相结合的方式, 提高深层煤矿巷道的支护能力, 并在支护的过程中采用强度、刚度以及预应力都较高的锚杆来配合金属网、钢带梁等组成锚喷网支护结构, 可以有效的提高深层煤矿巷道的支护能力, 进而形成对于巷道顶部、帮围岩体的有效控制, 从而实现对于深层煤矿巷道岩体的积极主动的支护。处于深层软岩中且服务年限较长的运输巷道等永久巷道, 采用一次高性能支护结构无法满足围岩支护的要求, 在一次支护结构的基础上进行二次支护加固, 进而形成承载力较高的复合支护结构, 完成对于深层煤矿巷道的有效支护。在二次支护加固过程中多采用的是锚固技术、围岩注浆以及高性能的锚索技术。
结语
深层煤矿巷道支护是深层煤矿开采的重要保证。本文在分析深层煤矿所面临的软围岩地质特性的基础上, 对深层煤矿巷道支护所采用的技术以及注意事项等进行了介绍。
参考文献
[1]何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].北京:中国矿业大学出版社, 1996.
[2]周宏伟, 等.深部高应力下岩石力学行为研究进展[J].力学进展, 2005 (35) .
[3]李刚, 等.高应力软岩巷道变形特征及其支护参数设计[J].采矿与安全工程学报, 2009 (26) .
煤矿深层 篇2
1 锚网支护
锚网支护, 近几年发展起来并得到广泛应用, 是新型锚杆支护形式, 它以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件构成锚杆支护系统, 主要用于煤巷支护, 主要有锚网支护、锚梁 (带) 网支护等类型。网的类型很多, 主要用来维护锚杆间的围岩的稳固, 阻止小块松散岩石松脱, 还可作为喷射混凝土的配筋使用;同样, 网被锚杆拉紧后, 还能在锚杆组成支护整体中起到联系的作用。锚杆间距的大小也决定了网负担的松散岩石的荷载大小。
1) 铁丝网一般采用Φ3~4mm的镀锌铁丝编织而成。根据网格特征不同, 可将铁丝网分为经纬网和菱形网。菱形网的特点是强度高、连接方便, 经纬网已经被逐步取代。2) 钢筋网, 使用钢筋焊接而成, 呈大网格金属网状, 间隔大小为约150mm×150mm。这样的网强度和刚度都很大, 能有效的阻止松动岩块松脱, 也能够使锚杆支护的整体效果得到有效的放大, 一般用于大变形、高应力巷道的支撑。3) 塑料网, 特点是轻便、成本低、抗腐蚀, 但强度和刚度不是很理想。
锚带网的组成中, 钢带是锚带网支护系统中的的关键组成, 它由单根锚杆联接起来, 组成一个整体, 这样提高了锚杆支护的整体承载效果。钢带有锚杆安装孔, 由2~3mm的薄钢板制成, 使安装、打眼极其便利。[2]
2 合理的锚杆支护形式
短壁开采时的一般巷道普遍采用锚杆支护, 而大断面的巷道交岔点需要采用加强支护。大断面交岔点的基本支护形式是锚索, 锚索支护设计非常重要, 对交岔点巷道的支护的成功有决定性作用。此类型的巷道的支护, 需要采用数值模拟方法, 优选锚杆的具体参数, 并按照锚固平衡拱支护原理确定的锚杆支护形式及锚杆布置方式。
若顶板岩层强度低而且很松软时, 锚杆的支护作用就很小, 因此锚杆支护不是在所有条件下都是绝对可靠的, 锚杆难以维持顶板岩层的整体性和充分发挥出锚固平衡拱的作用。因此, 此种条件下的锚杆支护巷道需要加强支护。
以往, 加强锚杆支护的巷道支护的形式有架棚和打点柱等, 防止冒顶。此种加强支护方法的特点是安全可靠, 但影响工作面生产, 而且支护费用高。近年来, 小孔径树脂锚索广泛使用, 对巷道顶板进行加强支护, 锚索与普通锚杆共同作用支护顶板, 效果较理想。进行锚杆作业时, 先确定好中心线, 标好锚杆眼的位置, 对顶板浮岩进行清理。需要稳定钻架, 并标识好钻杆, 然后进行打眼作业。打眼的深度达到预先标示好的位置、取出钻头、安装树脂药卷, 上锚杆, 打平眼口, 挂网, 上紧锚杆, 进行搭接, 做好联网。顶板锚网支护解决了巷道顶部软、断面大、抽顶、易冒落等问题。使用冷拔钢筋网和树脂锚杆时, 应充分检查锚杆是否上紧上牢, 若发现少数未上紧的, 应立即加垫板或者补打锚杆, 这样可以使锚网和顶板成一整体, 充分发挥围岩的自承能力, 有效的支护好顶板。
3 深层煤矿开采锚网支护的施工与应用
锚杆阻力一般在支护后前5d左右增长较快, 10d后趋于稳定。从空间关系上看, 锚杆阻力一般在距迎头35m左右的位置趋于稳定。而且无论哪个测站都显示顶板锚杆受力较小, 这主要是因为锚索发挥了主要的承载力, 减小了锚杆上的荷载。对于帮部锚杆, 可以看到左帮 (肩) 比右帮 (肩) 受到的拉力要大, 这正好与实际条件吻合, 因为煤层的倾斜具有不对称性。监测数据还表明, 帮部锚杆受力较大, 这与帮部煤层松散强度的岩性和水平应力大且垂直于巷道的走向有关。根据现场观测, 深部全煤巷道采用锚网支护与原来使用矿工钢支架相比, 支护效果有明显改善, 在围岩控制和顶板控制方面有以下特点[3]:
1) 煤巷锚网支护的锚固平衡拱作用明显提高了巷道围岩的整体性和自稳性, 在顶煤累计下沉146mm时, 顶板仍然保持完整稳定, 有效控制了顶煤垮落。2) 全煤锚网支护巷道掘进期间明显影响范围为20~30m, 30m以外至100m范围内围岩移近速度逐渐变缓, 100m以后趋于稳定, 围岩移近速度降至0.2mrn/d, 接近原岩应力状态。3) 围岩变形特点:顶煤下沉量和下沉速度比两帮 (煤帮) 的位移量、位移速度大, 分别比煤帮增加1倍;底鼓量在整个掘进期间比两帮位移量增加22%。4) 锚杆受力状态是顶部锚杆受力最大, 锚杆受力增阻迅速;而边角锚杆载荷受力是浅部小、端部大。提高顶部锚杆的锚固力十分必要。5) 实体煤巷道侧压力小。两帮的锚杆载荷最大值为52k N, 而顶部锚杆载荷为102k N, 两帮相对位移量仅40mm。因此, 巷道两帮的锚杆托盘变形破坏很少。6) 锚网巷道的顶板浅部离层量比深部大。锚杆锚固范围为0~1.9m内的顶板离层量比2.2~5.5m处大, 顶板浅部离层量比深部增加50%。掘进期间保持煤体完整, 提高锚杆安装质量, 是减少锚固范围内顶板离层的重要保证[4]。
基于煤巷锚杆 (网) 支护的矿压观测是研究支护方式、巷道围岩变形、判断巷道稳定性、检验支护效果、保证安全生产的重要方法。矿压观测要注意两个阶段:1) 作业前。进行试验、量测设计所需的岩石力学性质和原岩应力状态等技术参数;2) 作业中。严密进行现场观测以验证设计的正确性, 检验支护质量, 为修改设计提供科学依据, 根据深部离层、表面位移等监测数据进行分析验算, 获得岩体的力学参数。
4 结论
总之, 采用高强度锚杆 (网) 支护技术能主动防止顶板离层破碎, 支护顶板, 并能有效地减小顶板对两端的压力, 控制其塑性区、破碎区的发展, 减少回采巷道围岩变形, 以达到减少巷道维修、降低支护成本、减轻工人劳动强度、保障综放面快速推进, 提高生产效率。
摘要：根据巷道围岩地质力学参数, 如围岩力学性质、围岩裂隙发育程度、地应力大小和方向等, 按地质力学评估方法来确定岩体基本情况, 通过数值模拟分析, 来确定对锚杆支护的各种主要影响因素。本文主要分析煤矿深层开采锚网支护的施工与应用。
关键词：煤矿,深层开采,锚网支护,施工
参考文献
[1]时志伟, 马智勇, 于亚南.沿空留巷锚网索梁点支柱联合支护的应用研究[J].山西焦煤科技, 2013.
[2]王根营, 王良.王庄煤矿煤巷锚杆支护的应用与探讨[J].能源技术与管理, 2013.
[3]牛现钦.锚网支护在巷道掘进中应用[J].河南科技, 2013.
煤矿深层 篇3
1 综采切眼掘进与锚杆支护方式
1.1 传统掘进支护方式。进行传统的综采开切眼施工时, 多使用梯形断面及木棚支护的方法。使用小断面进行综采支架的安装时, 再刷成大断面。一棚梁中部加打一到两根金属的或木支柱对支护进行加固, 棚柜为0.6m-1.0m。该支护措施的掘进速度不够, 会耗费大量材料, 需要很多人员的参与以及支付很多人工费, 且劳动强度也不低。
1.2 锚杆支护设计方法。锚杆支护可针对围岩复杂多样的特性, 设计前进行井下监测及信息反馈、现场勘察及地质力学评估、日常监测的动态信息设计等措施好进行控制。现场勘察的内容包括锚固性能测试、地应力和围岩的结构及强度等。以现场勘察为前提对围岩进行分类及地质力学评估, 能够将准确的参数提供给设计工作。
2 综采工作面切眼锚杆支护实例
2.1 工作面状况。在某矿井的北翼、西翼煤层赋存中, 不少煤层都从上而下的逐渐变薄。煤层厚度变化不稳定, 且含砂岩夹石, 常在0.1m-0.6m之间。底板和煤层顶采用褐色泥岩, 直接顶采用白色砂岩, 约0.8m厚, 坚硬且没有伪顶。多个工作面主体构造均为向斜轴单斜构造, 构造极为简单。基本上都是在这样的条件下开切矩形切眼, 且打眼放炮和掘进均通过人工方式一次完成成巷施工。
2.2 巷道支护方式。进行开切眼巷道的支护施工时, 往往通过树脂端锚锚固锚杆组合支护, 同时采用锚索补强及单体液压支柱对支护进行加固。顶板、巷帮支护、补强支护的施工, 主要采取如下措施进行:
2.2.1 顶板支护。此方法往往常用于永久性支护的施工中。使用的是 Φ16mm×1600mm的钢筋锚杆及 Φ22mm×2400mm的螺纹端锚锚杆。还采用600mm的间排距, 同时设置为矩形;15.24mm×6400mm的锚索, 配以长为4m的钢带托梁和树脂锚固剂, 使排内钢带托梁和每两根锚索构成一个支护整体。其横向布设钢带, 且将支护对称设置于巷道中心线两侧。且锚索之间及钢带托梁之间均留出2.4m的距离。顶锚杆为每排8 根, 间隔使用钢筋锚杆及螺纹锚杆。锚索滞后工作面之间保持小于2.4m的间距。
2.2.2 巷帮支护。开切眼的正帮则通过贴帮戴帽点柱的方式进行支护;采用DZ- 35 型单体液压支柱, 木托板的柱帽, 1.0m的戴帽点柱间距, 同时采用大板背帮。通过锚杆一网一木托板的方式对反帮进行支护, 使用 Φ16mm×1600mm的帮锚杆、800mm的排距及900mm的间距, 并将其设置为矩形。
3 锚杆支护的优越性体现
3.1 技术性。①采用锚杆支护的综采开切眼, 准备工作及设备安装工艺变得简单了, 同时使安装时间减少了, 采区接续紧张的状况得以缓解, 有助于生产。②若条件相同, 锚杆支护断面往往小于木棚支护所需断面, 也减小了综采开切眼的运输及安装、通风和掘进断面的设计参数, 使其更为科学合理。减小了开切眼的高度及跨度, 投入的资金及工作量也相应减少, 大大提高了安全系数。
3.2 安全性。①因为增加了综采切眼可利用的空间, 安装综采支架的工作受架棚式支护的制约作用也随之减小, 同时也大大提高了安装作业的安全系数。②在工艺流程上, 锚杆的安装比木棚的架设的灵活性强, 从而使笨重大抬棚的架设工作更加安全。③锚杆支护下的整个空间的安全系数大于被动支护下的空间。锚杆支护能够充分利用顶板的自承能力, 及时控制围岩状况及顶板离层, 避免出现冒顶现象。④因为在开切眼内安装支架设备时省去了“回柱、替柱”及回“大梁、柱腿”开大帮等步骤, 故降低了安全事故的发生, 在很大程度上提高了安装进度。
3.3 经济性。按照某综采工作面 (长度为75m) 一个开切眼计算。对投入的材料进行分析, 锚杆支护与架棚支护相比能够节省850 元/m的材料费, 从而减少了63750 元的总的材料费。对工作费进行分析, 锚杆支护也相较于架棚支护, 在单位长度上减少了350 元/m的投入, 总共节省工作费为26250 元。两项累计节省9 万多元。对掘进进度进行分析, 锚杆支护的进度相较于架棚支护来说节省了6-10 天的工期。对安装进度进行分析, 如果按照75m来计算开切眼, 就应该安装的支架为50 架, 若使用锚杆支护, 则要经过10 天的安装;若采用架棚支护, 由于要刷大帮, 还要在大断面上重新架棚支护, 因此要经过25 天的安装, 还要10 天的时间上架子。二者相比, 由于改变了开切眼支护的形式, 因此使安装综采支架的工期缩短了25 天。某综采面, 相较于架棚支护, 综采开切眼锚杆支护节约的经济收益 (节省支护材料及工资费用) 达20 万元, 工期提前, 并且提前出煤, 显然创造的经济效益非常可观。
根据以上分析可知, 技术先进、经济合理、施工进度加快、采面准备时间缩短、设备安装便捷、劳动强度减轻, 且巷道施工安全可靠、成本降低、经济效益好等, 明显体现出综采开切眼大断面采用锚杆支护替代木抬棚支护的优越性。
结束语