深礦井卸壓開采中卸壓巷道控制研究論文
摘要：在礦山地下開采深度不斷增加，卸壓開采的同時，會導(dǎo)致上覆煤層產(chǎn)生膨脹變形。伴隨透氣性明顯增加，同時讓壓巷道作為回采工作面的排放瓦斯尾巷，有效減少了采壓活動對回采作業(yè)的影響，并回收大量損失礦量。
關(guān)鍵詞：深部回采巷道：深井：卸壓巷道
隨著人們對煤炭的需求量不斷增加，對礦山的開采逐漸加大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國外開采的礦山深度已超千米，而國內(nèi)目前的開采深度也已達(dá)到900m。深度開采的開發(fā)，伴隨而來的主要問題就是壓力問題，采用卸壓開采的方式可以降低開采區(qū)域的應(yīng)力，應(yīng)力降低，支護(hù)形式也能得到合理安排，從而達(dá)到維護(hù)巷道的安全性和穩(wěn)定性。
1深部回采巷道
A.回采巷道作為深礦中最主要的構(gòu)成部分，它的穩(wěn)定性直接決定了深礦的穩(wěn)定和安全。影響回采巷道的主要因素一方面是圍巖的應(yīng)力，隨著巷道的不斷向下深入，圍巖應(yīng)力會隨著巷道的深入而不斷增加。在巷道深度達(dá)到一定程度時，除了圍巖應(yīng)力的增加，還有其巖體組織結(jié)構(gòu)變化、巖體溫度上升、地表壓力對深礦巷道的影響等問題。這些問題會導(dǎo)致在深部開采的過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的因素，包括巖爆等災(zāi)害性問題。
B.根據(jù)已有研究表明，巖爆的出現(xiàn)是由于巖體中有較高的地應(yīng)力，這種地應(yīng)力超出了巖石本身的強(qiáng)度，同時巖石本身還具有較高的脆性和彈性。這時如果有地下施工工程不小心破壞了巖體的平衡，就會出現(xiàn)強(qiáng)大的能量破壞巖石，并拋出。嚴(yán)重時可以測到4～6級的震級。
C.影響深井巷道穩(wěn)定性的因素：巖石中含有膨脹性物質(zhì)成分，例如伊利石、蒙托石、高嶺石，它們的含量如果超過了相應(yīng)指標(biāo)就會產(chǎn)生膨脹，特別是遇到水后更為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致巷道受到破壞、變形。
隨著開采深度的不斷加深，礦井中的空氣以及巷道周圍的巖體溫度都會升高。井下溫度升高會影響到工人勞動正常熱交換的進(jìn)行，工人長期在高溫環(huán)境中工作會導(dǎo)致一些疾病，如熱疲勞、熱痙攣等。因此工作條件的惡化會導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率降低，疾病威脅是深部開采的一個新的問題。
D.回采巷道的服務(wù)年限越長，對生產(chǎn)方面越重要的巷道越需要更高的工程質(zhì)量，以此來保證在生產(chǎn)過程中能夠長期使用，回采巷道的服務(wù)年限一般為1~2a，維護(hù)時間較短，對于服務(wù)年限長的瓦斯抽采巷道或服務(wù)年限更長的大巷，經(jīng)歷下伏煤層回采階段性集中應(yīng)力作用。根據(jù)圍巖的應(yīng)力情況，選擇合理的斷面形態(tài)。減少巷道的低效加固區(qū)，保證巷道的最小加固長度。所以，巷道維護(hù)是一個動態(tài)的控制過程。只有不斷地維護(hù)、檢修，才能保證其安全和穩(wěn)定。
2 深部礦井與上覆煤層
深部礦井在目前開采中還存在許多問題，主要有以下幾方面：
A.深部礦井中存在大量的瓦斯，因?yàn)榈V井深部的低壓大，瓦斯的壓力也會相應(yīng)增加，而且瓦斯沒有外力的擠壓，所以也沒有逸出。這樣就在開采過程中可能會造成瓦斯突出，在深部礦井中，瓦斯突出是非常危險的。在我國范圍內(nèi)瓦斯低透氣性煤層分布很廣泛，一般情況下都會選擇瓦斯含量小，安全隱患可控的煤層開采，但這些可控煤層也有不穩(wěn)定因素出現(xiàn)，一般利用巖層移動引起的卸壓增透效應(yīng)，使吸附的瓦斯充分解吸為游離狀態(tài)的瓦斯，并實(shí)施瓦斯抽采，在瓦斯充分抽采的基礎(chǔ)上再進(jìn)行煤層的開采，這也是煤礦防治瓦斯災(zāi)害非常有效的途徑之一。
B.隨著深部礦井的'深入，其巷道的支護(hù)方面就會出現(xiàn)難度，深部巷道圍巖和淺部巷道圍巖不同，淺部巷道圍巖應(yīng)力相對穩(wěn)定，巖層組織結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，而深部礦井圍巖應(yīng)力會隨礦井深度的增加而變化。其礦井內(nèi)部地壓也相應(yīng)增加。
C.我國煤層的地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，而煤層的條件則直接決定巷道的布置方式，適宜開采的首采層常常位于煤層群中間或下部煤層，這就需要在上行卸壓開采采動影響范圍內(nèi)的特定區(qū)域中布置抽采巷道，這些巷道通常位于裂隙帶或彎曲下沉帶內(nèi)，巷道圍巖穩(wěn)定性差，控制難度也很大。
D.由于礦井的巷道較長，礦井的通風(fēng)阻力會受影響，這樣就會導(dǎo)致開采工作的風(fēng)量不足。
3 卸壓開采
A.卸壓開采是解決高應(yīng)力區(qū)回采的有效手段。卸壓開采主要運(yùn)用了應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，將巷道回采區(qū)的應(yīng)力通過相應(yīng)的卸壓措施轉(zhuǎn)移到四周，使巷道回采區(qū)的應(yīng)力降低，改善巖體的應(yīng)力分布，控制應(yīng)力增高帶的相互重疊壓力，以便進(jìn)行順利開采。
B.卸壓開采主要分為垂直卸壓和水平卸壓。其中垂直卸壓是將巷道回采區(qū)的壓力轉(zhuǎn)移到四周，應(yīng)力明顯降低，便于開采。水平卸壓是將礦體上的水平應(yīng)力隔絕，形成水平應(yīng)力，水平應(yīng)力降低可以減少對采礦工程和采礦人員的危害，降低了安全隱患。
C.卸壓巷道的位置選擇方面尤為重要，因?yàn)樗强刂苹夭上锏绹鷰r變形的有效方法。所以卸壓巷道應(yīng)選在采空區(qū)的集中應(yīng)力峰值附近最好。為了保護(hù)巷道的圍巖壓力，壓煤柱中心應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的彈性區(qū)寬度，來承擔(dān)一定的圍巖壓力。另外卸壓巷道還可以作為排瓦斯尾巷，除了可以起到巷道卸壓的作用，還可以排放瓦斯，從而降低成本。
D.卸壓區(qū)的頂板對于巷道來說是關(guān)鍵的部分，因此圍巖巖性、圍巖的應(yīng)力不同，卸壓巷道的開采位置就會有所變化，垂直方向中，在垮落帶內(nèi)不可以有巷道，裂痕帶內(nèi)可以有回采巷道，彎曲下沉帶內(nèi)可有準(zhǔn)備巷道和回采巷道。水平方向中，在采動范圍內(nèi)都可布置巷道。但還是要綜合考慮圍巖應(yīng)力等問題，盡量處于有利的層面中。另外，在高應(yīng)力區(qū)礦塊回采時注意不要多段同時作業(yè)。因?yàn)槎喽巫鳂I(yè)會產(chǎn)生連鎖破壞反應(yīng)，對巷道產(chǎn)生危害，更會危及施工人員的安全。
參考文獻(xiàn)：
[1]王明洋，宋華，鄭大亮.深部巷道圍巖的分區(qū)裂痕機(jī)制及深部界定探討[J]巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(9)：1771-1776.
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