柔模沿空留巷工艺及矿压显现规律研究

柔模沿空留巷工艺及矿压显现规律研究

白军华

国能神东集团锦界煤矿    陕西省 榆林市 神木县 锦界镇 719319  

摘要：随着现代采矿技术的不断发展，软岩采矿面临着越来越严峻的挑战。为了解决软岩区域采矿过程中产生的矿压灾害和地质灾害问题，各种新型采矿工艺不断涌现。模沿空留巷工艺是其中一种比较常见的技术应用，本文将对该工艺的应用进行分析，同时研究矿压显现规律，以期为软岩采矿提供一定的理论支持

关键词：模沿空留巷工艺；矿压显现规律；应用

引言：

随着矿业资源的逐渐枯竭，采矿的难度和风险也越来越大，在软岩地质条件下的采矿过程中，矿压灾害是一个非常严重的问题。矿压灾害不仅会对采矿进度和效率造成影响，还会给矿工的生命安全带来潜在威胁。因此，如何有效地预防和控制矿压灾害是软岩采矿面临的一个重要课题。

1.柔模沿空留巷工艺

1.1软岩粉碎工艺

软岩粉碎工艺是柔模沿空留巷工艺中的一种重要技术手段，该工艺主要通过使用破碎设备将软岩矿体进行碎石处理，使其具有一定的支撑力和透气性。在采矿过程中，软岩矿体经过破碎后形成的支撑体可以有效地承担矿压作用，降低矿体的变形和破坏程度，从而减小矿压灾害的发生概率。软岩粉碎工艺需要选用合适的破碎设备进行碎石处理，不同的破碎设备适用于不同类型的软岩矿体，选择合适的破碎设备可以提高工艺效率和粉碎质量。除了破碎设备的选择外，软岩粉碎工艺还需要进行一系列的操作流程，包括软岩矿体的预处理、破碎设备的调整和维护、碎石的输送和堆放等。这些操作流程的顺序和方法对工艺的效果有着重要的影响[1]。

1.2喷射松动剂工艺

喷射松动剂工艺是柔性支护中一种常用的工艺方法，其主要作用是改变煤巷煤体的物理性质，降低煤体的粘结力和内聚力，从而实现对煤巷围岩的松动加固。该工艺通常使用化学松动剂喷射到煤巷围岩中，通过化学反应来改变围岩的物理性质。喷射松动剂可以分为单元松动剂和复合松动剂两种。单元松动剂指的是单一的松动剂，常见的有碱性松动剂、酸性松动剂和中性松动剂。碱性松动剂的作用是使煤体中的结构胶和硬质岩层中的含钙物质转化为可溶性的碳酸盐和硅酸盐，从而实现围岩的松动加固。酸性松动剂的作用是通过与煤体中的碳酸盐反应，释放二氧化碳，使围岩的酸度增加，从而降低围岩的粘结力。中性松动剂则是在煤体和岩层之间形成薄膜层，减少围岩的粘结力。复合松动剂则是由多种单元松动剂组合而成，其作用更为全面，可以对围岩中的不同物质产生作用，从而实现更好的松动加固效果。喷射松动剂工艺的优点是作用快速，加固效果显著。但同时也存在着一些缺点，如喷射松动剂会造成污染，松动剂的使用量也会增加工作成本[2]。

1.3应力调节工艺

应力调节工艺通常包括预爆、液压压裂、岩体锚杆和钢梁支撑等方法。预爆是在煤巷围岩中预先布置炸药，通过爆炸来改变围岩的应力状态，实现对围岩的支撑加固。预爆的优点是可以快速改变围岩的应力状态，实现较好的支撑效果。但同时也存在着一定的安全风险和环境污染问题。液压压裂则是通过液压力将液压钻头插入到围岩中，形成一定的裂缝，从而改变围岩的应力状态，实现对围岩的支撑加固。液压压裂的优点是能够快速改变围岩的应力状态，但同时也存在着一定的施工难度和成本较高的问题。岩体锚杆和钢梁支撑则是通过在围岩中布置锚杆和钢梁等支撑材料，实现对围岩的支撑加固。岩体锚杆是将锚杆钻入围岩中，并注入锚杆胶进行固定，起到锚固作用的支护方式。锚杆的优点是施工方便、效果稳定，适用于较薄的围岩层，但其锚杆长度较短，支撑范围有限。钢梁支撑则是通过将钢梁嵌入到煤巷顶部或侧壁中，形成一定的支撑框架，实现对围岩的支撑加固。钢梁支撑的优点是支撑力强、支撑效果好，适用于煤巷变形较大的情况，但同时也存在着施工难度大、成本高等问题。应力调节工艺需要根据围岩的实际情况和工作条件来选择合适的支撑方式。需要考虑的因素包括围岩的稳定性、支撑效果、施工难度、成本等。

2.矿压显现规

2.1 矿体力学性质

矿体力学性质是指矿岩在外力作用下的力学性能，包括强度、变形和破坏等特性。对于煤层这种特殊的矿体，其力学性质因煤质、含水率、结构、孔隙度等因素的影响而有所不同。不同的煤质会对煤层的强度和稳定性产生影响。例如，高灰分煤和高硫分煤的强度较低，易于破坏，而高热值煤和低灰分煤的强度较高，抗压性能较好。煤层的含水率会直接影响其强度和稳定性。当含水率增加时，煤的强度会降低，因为水分会使煤层中的颗粒分离，从而导致煤层的破坏。煤层结构的复杂性会导致其力学性质变得复杂。例如，煤层中的断层、裂隙、褶皱等结构会对煤层的稳定性产生不利影响，从而导致煤层的破坏。

2.2 应力分布规律

煤层的应力分布规律是指煤层在采煤过程中受到的应力状态，包括垂直于煤层面的顶板应力、平行于煤层面的地应力和煤层内部应力等。煤层的应力分布规律是煤矿安全和生产的重要因素之一，研究煤层应力分布规律对于合理采煤、预防煤层瓦斯、矿震、地质灾害等具有重要意义。煤层的应力分布规律受到许多因素的影响，其中包括采煤工艺、煤体力学性质、地质条件等。采煤工艺是影响煤层应力分布规律的主要因素之一，不同的采煤方法、支护方式和开采顺序都会导致不同的应力分布规律。例如，采用长壁工作面开采时，会对煤层顶板造成较大的压力，导致顶板下沉、断裂等矿压显现现象的发生；而采用短壁工作面开采时，由于煤柱较小，顶板压力较小，因此矿压显现现象较轻。煤体力学性质是影响煤层应力分布规律的另一个重要因素。煤体力学性质包括煤层的强度、变形特性、煤与岩石之间的摩擦系数等。煤层强度较低，变形能力较大，因此容易受到外界应力的影响，导致煤层变形和破坏，煤层与岩石之间的摩擦系数也会影响煤层应力分布规律，摩擦系数较大时，煤层内部应力较大，易发生煤与岩石之间的滑移和剪切破坏。

2.3 变形规律

变形规律是指煤层在采煤过程中受到应力作用后的变形情况和变形特征。煤层的变形规律是研究煤层力学特性和煤矿安全问题的关键之一。在采煤过程中，煤层会发生变形和破坏，研究其变形规律对于指导采煤工艺、合理设计支护方案、预防地质灾害等具有重要意义。煤层的变形规律受到多种因素的影响，包括煤体力学特性、采煤工艺、煤层厚度、顶板岩性、地应力等。在煤层采矿过程中，煤层会受到顶板和底板的压力，同时煤层内部也会发生自重应力和孔隙水压力等，这些应力作用下煤层的变形规律主要表现为压缩、膨胀、弯曲和断裂等。煤层的压缩变形是指煤层受到应力作用后的垂直压缩变形。煤层的压缩变形是一种常见的变形形式，压缩变形的大小与煤层的强度、顶板岩性、地应力等因素有关。煤层压缩变形会导致顶板下沉、煤柱变形等矿压显现现象的发生。煤层的膨胀变形是指煤层在采煤过程中受到应力作用后的水平膨胀变形。膨胀变形是煤层比较特殊的变形形式之一，由于煤层内部存在孔隙和裂隙等，采煤过程中空隙会被压缩，孔隙水被挤出，煤体的体积变化导致煤层的膨胀变形。

结语：

本文通过研究模沿空留巷工艺及矿压显现规律，为软岩采矿技术的应用提供了新的思路和方法。针对不同的采矿场景，采用不同的工艺方式可以有效地减少采矿对地质环境的影响，避免矿压灾害的发生，从而保证采矿的正常进行。

参考文献：

[1]马磊. 基于模沿留巷法的软岩巷道支护技术研究[J]. 煤炭科技, 2021, 39(2): 153-157.

[2]钟国华. 喷射松动剂技术在模沿留巷中的应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3469-3475.