采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护策略

采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护策略

段小强 白安昌 何晓宏

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摘要：煤矿深部岩巷围岩稳定与支护是采矿工程中一个重要的问题，对于保障矿井安全生产和提高采矿效率具有重要意义。随着煤矿开采深度的增加，深部岩巷围岩的应力和岩层变形等问题变得更加复杂和严峻，因此，采取科学合理的支护策略显得尤为重要。通过深入研究岩巷围岩的力学行为和工程实践经验的积累，可以为煤矿深部岩巷的稳定和支护提供更科学、可靠的策略和方法，为矿井安全生产作出贡献。

关键词：采矿工程；煤矿深部；岩巷围岩稳定；支护策略

引言

煤矿深部岩巷围岩稳定与支护是采矿工程中一个关键的问题。随着采煤深度的增加，地压力、岩层变形和地质灾害等问题变得更加复杂和严峻。合理的围岩稳定与支护策略对于确保矿山安全生产至关重要。

1煤矿深部岩巷围岩稳定与支护的重要性

第一，保障矿工生命安全。深部岩巷处于高地应力和复杂地质条件的影响下，围岩稳定性常常受到威胁。不合理或不足的支护措施可能导致岩体垮塌、岩爆等事故发生，危及矿工的生命安全。第二，提高采矿效率。岩巷围岩稳定性的恶化会导致岩层变形、掉块、漏煤等情况，影响矿井的正常开采。通过科学合理的支护措施，可以减少回采区域的围岩失稳现象，提高采矿效率，降低能耗和生产成本。第三，保护矿井设备。围岩的破碎和变形会给矿井设备带来较大的振动和压力，从而增加设备的损耗和维修成本。通过采取有效的支护措施，可以减少围岩的变形和破碎，保护矿井设备的完好性和正常运行。第四，促进科学矿山规划。深部岩巷围岩稳定与支护研究为煤矿的科学规划提供了重要依据。通过对围岩稳定性的评估和预测，可以合理规划开采方式、设计支护结构和安排矿区布局，最大程度地减少矸石体积、降低工程量，提高资源利用效率。第五，推动绿色煤矿建设。合理的岩巷围岩支护措施可以减少矿井废弃物的排放和环境污染，促进煤矿的绿色化建设。通过选择环保材料和技术，实现矿山生态恢复和资源循环利用。

2采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护存在的问题

2.1高地应力

岩石在高地应力的作用下，容易发生开裂、断裂和塑性变形等现象，导致围岩失稳甚至坍塌。高地应力会引起岩巷壁面的应力集中，增加岩体开裂和破坏的风险；同时，高地应力还会引起岩巷壁面的变形和位移，导致支护结构失效，进而使围岩岩片崩落、掉块等危险情况发生。另外，高地应力给岩巷施工带来更大的难度，如爆破困难、钻孔筒效果不佳等。

2.2岩性变异

岩性变异导致围岩的不均匀性，使得围岩内部存在差异性较大的物理和力学特性，增加了围岩失稳的风险。脆性岩层、节理裂隙和软弱层等岩性变异特征容易引起围岩断裂、崩落和塌方等地质灾害，危及岩巷的安全。岩性变异还会对支护措施的选择和实施造成困难，需要针对不同的岩性变异特征量身定制支护方案，提高支护工作的技术难度和复杂性。

2.3煤与围岩耦合

煤层的开采会导致围岩应力场的重新分布，引起围岩应力状态的变化，增加或减小围岩的稳定性。由于煤层和围岩之间存在质量交换和应力传递的耦合作用，煤岩层的开采引起的变形和破坏会传递到围岩内部，导致围岩的塑性变形、开裂和脱落等现象。

3采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护的策略

3.1应力管理

在岩巷设计阶段，需要充分考虑地质构造、矿层参数和应力场分布等因素。通过地质勘探和矿山地质调查，获取地下结构和岩层应力的信息。这些数据可以用于进行数值模拟和解析计算，以预测和评估岩巷开挖过程中可能出现的应力调整和围岩稳定性问题。为了准确了解实际的应力情况，需要定期进行应力测量和监测。通过测量不同位置的应力值，可以获得应力分布的详细信息。利用应力数据的变化趋势，可以判断围岩稳定性的变化情况。这些监测数据对于支护方案的优化和调整提供了可靠的依据。根据应力测量和监测的结果，及时对支护措施进行调整和优化。当应力超过预期范围时，可以采取适当的支护手段来减轻围岩的压力。例如，增加锚杆的数量和布置密度，采用预应力锚杆技术等。结合实测数据，对支护结构的稳定性进行评估，确保支护材料和结构的合理选择和使用。

3.2选择合适的支护材料和方式

岩性变异对支护材料和方式的选择具有重要影响。例如，在存在脆性岩层的情况下，应采用能够有效抑制岩层破碎和开裂的支护材料，如钢支撑、锚杆等。而对于存在节理裂隙或软弱层的情况，可以采用填充式支护材料，如喷射混凝土和预应力喷射混凝土。了解岩层变形机制可帮助选择适当的支护方式。例如，在存在围岩塑性变形的情况下，可采用灌浆和脱水支护方式，以增加围岩的刚性。而对于存在岩层断裂和开裂的情况，应采用能够有效控制断裂扩展的支护材料，如岩栓、锚杆网等。在选择支护材料时，需要考虑其可获得性和经济性。支护材料应具备较好的供应渠道和稳定的质量，以确保施工的顺利进行。支护材料的价格和使用成本也应在经济可承受范围内。在权衡各种因素时，应选择既符合技术要求，又经济实用的支护材料。除了考虑单纯的经济性，还应对支护材料的可持续性进行评估。例如，选择可回收再利用的支护材料，如塑料锚杆、可重复使用的钢撑等，可以减少资源的消耗和环境的负担。随着科技的进步和研究的不断深入，不断出现新型的支护材料和方式。在选择支护材料和方式时，应关注技术创新和研究发展的成果，以优化支护效果。

3.3引导开采时序

通过制定合理的开采时序，可以降低不同岩巷之间的连通性和互相干扰。优先进行边缘岩巷或财富岩巷的开采，减少对其他岩巷的影响。合理的开采顺序可以避免过早暴露、破坏或排出临近岩巷的应力场。通过适当的岩巷间距和岩巷尺寸设计，确保围岩的稳定性和开采效率。合理的空间布置可以降低岩巷相互之间的干扰，减少应力集中和围岩破坏的风险。在多井开采中，设置临时围岩带可以起到有效隔离不同工作面之间的影响。通过在临近工作面之间添加一段围岩区域，可以提供一个缓冲区，减少相互干扰和影响。临时围岩带的设置可以降低应力传递和应力集中，提高周边岩巷的稳定性。在开采过程中，对边壁进行回撑也是一种常见的阻隔方式。通过在岩巷边壁安装支撑结构，如锚杆、锚索、短材等，可以有效地加固边壁岩体，减少其变形和开裂。边壁的有效支护可以降低岩层变形对其他岩巷产生的干扰和影响。

结束语

综上，在采矿工程中，煤矿深部岩巷围岩稳定与支护策略的制定和实施非常重要。通过深入了解和评估地质条件、应力场分布、岩性变异特征等因素，可以制定出科学合理的支护方案。在支护材料和方式的选择上，要根据具体的岩巷情况和围岩特性，选用适当的材料和合理的支护方式，以提高岩巷的稳定性。同时，通过合理的开采时序和空间布置，减少岩巷之间的干扰和连通性，降低围岩变形和破坏的风险。通过应力测量和监测，及时掌握围岩的变化情况，对支护措施进行调整和优化，确保岩巷的安全运行。

参考文献

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