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大采高沿空巷道围岩控制原理研究

作者: 发布时间:2019-11-07 12:55:24 阅读: 105 次

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大采高沿空巷道围岩控制原理研究

 

摘要:巷道围岩与我国矿井开采具有紧密的联系,要想对煤矿事故进行有效避免,提高开采的高效性与安全性,就必须确保巷道围岩的稳定性,对其变形问题进行有效控制。基于此,本文结合巷道围岩控制现状,提出了一种控帮护巷控制原理,并在此基础上根据相关试验,对原理应用、原理应用效果以及原理作用机理等进行了详细分析,旨在通过控帮护巷控制原理的应用,对围岩变形问题进行有效缓解,进而增强矿井开采的安全性,实现我国煤矿业的安全、稳定发展。

关键词:巷道围岩控制原理;控帮护巷支护

 

引言:巷道围岩是引发煤矿开采安全事故的重要因素。从现阶段我国巷道围岩控制情况来看,虽然较之前相比得到了明显改善,但是仍然存在一些不足之处,无法对围岩支护需求进行有效满足,因此经常会出现围岩裂缝、围岩变形、围岩破碎以及力学性质减弱等问题,为煤矿开采作业的开展埋下了众多安全隐患。因此对于巷道围岩设计人员来说,应该增强对这些问题的重视,对控帮护巷控制原理进行深入研究,在此基础上对传统的围岩支护方式进行优化、改善,进而提高围岩的稳定性,确保煤矿开采作业可以高效、安全地进行。

1控制原理的提出

笔者在调研以及查阅文献等的基础上,了解到在各种因素的影响下巷道围岩经常会出现大变形的现象,其中变形最为剧烈的为两帮及底板,无法对围岩的稳定性进行有效保障,降低了其的使用性能以及使用寿命。笔者认为,为了对这一问题进行有效缓解,除了要对煤柱尺寸进行改进之外,也需要对巷道支护进行优化设计,进而对围岩力学状态进行有效改善。

经调查显示,我国在对巷道围岩进行支护设计时,通常都是通过4根螺纹钢锚杆对两帮进行支护,由于两帮变形比较剧烈,导致这种支护方式无法对巷道支护强度进行有效确保,因此围岩控制效果较差。随着锚杆支护原理的不断研究,锚杆锚固围岩逐渐出现在了人们的视野当中,将锚杆支护与围岩加固进行了紧密联系,让二者在相互作用的基础上,形成一个完整的承载结构,对围岩应力状态进行改善,进而提高围岩的稳定性与承载能力。

巷道两帮具有基础刚度效应,如果巷道两帮的煤体较为软弱,那么在垂直应力的影响下,就很可能出现变形、破碎以及裂缝等现象。巷帮煤体在发生变形之后,顶板中更大的弯矩和巷道肩角处的相差比较小,并且两帮的基础刚度会为顶板的变形量带来极大影响。对于大采高沿空巷道来说,上区段的回采工作会对掘进前围岩产生影响,导致其松动、破碎,降低了岩体的力学性质。所以在分析锚杆锚固围岩以及围岩基础刚度效应的基础上,本文提出了一种控帮护巷的控制原理,该原理表现为:在加大巷帮锚固支护的密度、深度以及强度等的基础上,提升煤体力学性质,进而增强其基础刚度,利用支护的直接作用,对煤体变形以及煤体破坏等进行控制,对围岩应力状态进行有效改善,进而对围岩的稳定性以及承载力等进行有效保障[1]

2控制原理的分析

2.1原理应用分析

为了对控帮护巷控制原理进行充分研究,进而解决围岩变形问题,笔者对控帮护巷控制原理进行了如下试验:将两排锚索以及槽钢梁支护设置在了某巷道两帮处,其中,锚索的长度为5000毫米,上排和顶板之间的距离为850毫米,下排和底板之间的距离为950毫米,锚固的长度为2400毫米,锚固力均在200千牛以上,锚索预紧力均在100千牛以上,通过螺纹钢锚杆对顶板进行支护,其锚杆间的排距是720000毫米,锚固长度是1200毫米,并将钢筋梯以及托盘等和锚杆进行配合使用。同时也在试验段设置了围岩位移监测站,并安装了位移监测仪器,用对围岩变形状态进行监测。

笔者通过位移曲线了解到,在初期阶段,围岩变形的比较剧烈,并且变形也比较持续。在后期阶段,位移增长率逐渐降低,煤体变形得到了有效控制,并且围岩变形也比较稳定[2]

2.2原理应用效果分析

首先,由于对槽钢梁锚索进行了增设,因此提高了巷帮支护的强度与深度,对煤体变形速率以及变形量等进行了明显改善,对巷帮的稳定性进行了保障。其次,通过对控帮护巷控制原理进行运用,对顶底板的变形问题进行了缓解,经试验表明,顶板的变形量由原来的98毫米到173毫米之间下降到74到88毫米之间,平均变形率由原来的1.4到2.4毫米每天下降到1.2到1.5毫米每天;底板变形量由原来的240到522毫米之间下降到177到212毫米之间,平均变形率由原来的2.5到8.1毫米每天下降到2.9到3.6毫米每天。再次,在控帮护巷控制原理应用的基础上,围岩变形问题得到了明显改善,进一步增强了围岩的稳定性。最后,在试验分析的基础上,利用控帮护巷控制原理,能够降低两帮变形的幅度,对巷帮大变形进行有效控制,并且由于受到基础刚度效应的影响,可以对底板下沉以及底鼓变形等进行有效控制[3]

2.3原理作用机理分析

利用控帮护巷技术,能够增加两帮锚固深度以及两帮支护强度,对围岩力学状态进行明显改善,促进了围岩向锚固承载体的转变。同时,大幅度提高了煤体力学性质,使得煤体刚度得到了增强,并且在基础刚度效应的基础上,对围岩应力状态进行了改善,对围岩变形、顶底板变形以及两帮变形等进行了有效控制。

第二,利用锚索加强支护,可以增加支护强度,增加围岩锚固深度,并利用基础刚度效应对顶底板变形问题进行有效抑制,大幅度提高了围岩的稳定性。

第三,在不改变原来支护方式与密度的基础上,可以利用4根长锚杆加深围岩锚固深度,在此基础上扩大其作用范围,提高围岩的承载能力,并利用基础刚度效应对围岩进行有效控制。

结论:总而言之,本文结合我国现阶段巷道围岩的支护现状,提出了一种控帮护巷支护原理,并在试验的基础上,分析了该原理的应用效果,证明了该原理的可行性,为后续巷道围岩支护工作的开展提供了参考依据。科学研究是永无止境的,对于巷道围岩设计人员来说,应该在明确围岩支护现状的基础上,对控帮护巷支护原理进行深入研究,可以从岩体力学性质、锚杆支护机理以及锚索支护机理等方面入手,在此基础上对巷道围岩支护进行不断创新完善,进而有效缓解围岩的大变形问题,提高围岩的稳定性与承载能力,为煤矿开采人员的生命安全保驾护航。

参考文献:

[1]蒋力帅. 工程岩体劣化与大采高沿空巷道围岩控制原理研究[D]. 中国矿业大学(北京), 2016.

[2]代进, 王春耀, 李逢祥. 大采高小煤柱沿空巷道大变形机理与支护技术研究[J]. 煤炭工程, 2018(3).

[3]李萌. 柳家庄煤矿大采高综采沿空留巷围岩控制技术研究[D]. 中国矿业大学, 2014.