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发布日期:2020-06-30  来源:科学管理  作者:高武  浏览次数:511
       随着我国资源的不断开采,较易开采的露天资源 已接近枯竭,深矿井采煤已成为现阶段矿开采的主 要方式。深层资源开采进程中,煤田开拓与矿压控制 为施工安全系数的基本保障,相关人员要合理设计开 拓方案、重视矿压控制,以提升深层资源开采的安全 性。

  1  深矿井采煤开拓方式

  由于不同地区煤层存储深度及状态的不同,地质 构造与水文条件存在差距,煤层附近的环境及当地经 济状态的差距,采煤开拓方式存在一定的区别,在深 矿井中,可由井筒形态进行区分:

  1.1  立井开拓

立井开拓指开拓进程中主井与副井均采用立井的 模式。立井开拓模式为现阶段应用较多的开拓方案, 主要原因为立井开拓是受自然环境影响最小的模式, 其对煤层状态、围岩强度、水文状况及地下瓦斯浓度 均无严格的要求。立井开拓的主要优点有: 由于开拓进程中无倾角,立井井筒较短,在煤矿 开采进程中,提升速度较快,且对滑轮、钢丝等提升 辅助设备磨损较小,提升能力较强。 竖直的井筒导致立井稳定性较高,且受围岩性质 影响较小,为其大断面的开拓提供了可能性,使其在 地下瓦斯浓度较高的煤矿中拥有较好的通风性质;在 大型煤层开采中,立井的应用可以实现多套提升设备 共同运行,强化了煤矿开采的速度。

  1.2  斜井开拓

  斜井开拓指主井与副井均采用斜井的模式。由于 井筒开拓进程中倾角角度常控制在较小的范围内,斜 井开拓具有的优点为:

  (1)掘井技术与掘井设备均无过高要求,掘井速 度较高,煤矿开拓时常无需大量的前期准备。

  (2)在多井共同开采时,石门工艺简单且工程用 料较少,开拓成本较低。

  (3)由于倾角较小,斜井对煤矿开采进程影响较 小。甚至可以实现部分传送设备的井筒中应用,极大 程度上提升了煤矿开采的速率。

  (4)但与低成本、高速率相对的是斜井有较高 的应用条件。由于倾角的存在,围岩的性质对井筒稳 定性影响巨大。斜井必须在围岩稳定性较强的地区应 用,且开拓进程中要尤其注重围岩的加固。

  (5)倾斜的开拓方式决定了在煤层储藏深度相 同时,斜井井筒长度远高于立井,煤矿开采进程中斜 井提升难度巨大。若采用直接提升,需要提升动力较 高,钢丝较长,且钢丝易与周边环境产生摩擦,损耗 较高;若采用分段提升,常需要多个动力设备,会占 有大量的人员与设备,增加井下电缆铺设的工程量。所以,斜井应用对煤层的埋藏深度有着严格的要求。

  (6)井筒倾斜的性质导致了井下通风效果较差, 当地下瓦斯浓度过高时,斜井开拓的方式常无法满足 通风要求,需要增设副井或开拓专用风井,因此斜井 应用进程中对煤层埋藏环境有较高的要求。

  1.3  主斜井、副立井开拓

主斜井、副立井开拓模式的大范围应用主要原因 为传送设备在煤矿开采中应用的不断深化。传送设备 的应用使斜井开拓进程中不必过多考虑其对生产的影 响,可采取较大的倾角,井筒长度明显缩短。此外, 传送设备的应用使斜井具备了立井难以比拟的提升速 度与人员利用效率,因此在环境允许的条件下,将斜 井作为主井已成为提升开采效率,实现煤矿开采自动 化的重要前提。 以立井作为副井,利用立井可大面积开拓的优点 增强井下通风性,对斜井的缺点进行有效补充。副井 因其开采量与作业强度较小,使用自动化成本经济效 益较低,此时,立井便成为较为优秀的选择。 此外,深井开拓进程中,井筒位置的选择同样是 较为重要的因素,应以最小压煤量为基本原则。煤层 开采,尤其是深井开采中,压煤量会明显影响煤层的 可开采量,进而影响煤田开拓的经济效益。

  2  矿压控制技术

  矿压主要来源于煤矿开采进程中对原有岩层结构 的破坏,使岩层稳定性需进行重新分配,分配进程中 体现在巷道墙壁上的压力称为矿压。由此,矿压控制 技术的核心为减少对岩层稳定性的破坏与增强巷道墙 壁的强度。

  2.1  巷道位置的选择

巷道位置选择主要遵循两大原则,第一,巷道周 边的围岩要具有较大的强度,避免岩体受力平衡被破 坏时导致巷道受力崩塌;第二,巷道位置应为开采进 程中,受力平衡重新分配中,受影响较小的区域。此 外,开采进程中要沿一个方向直线推进,避免开采进 程中巷道延伸过长,对岩体内部平衡破坏过大。

  2.2  巷道支护

  巷道支护主要方法为在巷道内部使用钢筋加强巷 道强度,避免其受力变形。巷道支护主要针对目标为 矿山压力。支护进程中常采用锚杆与可伸缩拱形支架 共同组建封闭的支护区域。

  2.3  巷道维护

 围爆破是常见的巷道泄压手段。其主要方 在巷道附近较为脆弱的岩层进行定向爆破,使岩层破 碎产生大量的裂隙,进而产生一段连续松散的泄压 带,泄压带的出现可使矿山压力重新平衡的进程中将 更多的压力分配至其他区域,减少巷道承受的压力。 钻孔泄压与围岩爆破机理较为相似,其主要手段 为在巷道周边的岩体上进行均匀钻孔。钻孔泄压主要 针对对象为巷道底鼓、两帮移近及冲击地压。宽巷泄 压的主要实施方案为在巷道地脚向外挖掘沟槽,其作 用原理同样为将压力向其他位置疏导,在预防底部变 形与对抗两帮缩进有较为明显的效果。

  2.4  围岩加固

围岩加固主要为加强岩体的受力强度,其中较为 常用的方案为注浆加固技术。注浆加固技术主要原理 为将具有液体性质的泥浆注入到岩体中,使其填满岩 体缝隙,在泥浆凝固后,围岩会形成完整的岩体,进 而实现提升围岩抗逆性的目的。 其一,注浆加固技术实施中,泥浆成分的选择为 其效果的重要保障。浆液在配置进程中需要有较好的 流动性,确保浆液深入到围岩的各个缝隙中;浆液的 凝固膨胀系数需要进行预测试,避免浆液凝固膨胀 体积过大破坏围岩自身的受力平衡,使围岩稳定性减 弱;浆液需要依据围岩性质添加化学制剂,确保浆液 凝固后围岩成为整体,而非在压力作用下产生内部滑 动,最大化注浆加固效果。其二,注浆进程中,钻孔的数量与位置要依据实 际情况合理判断,通常以梅花桩式为主,保证注浆工 作的均匀。 其三,注浆压力同样为注浆进程中较为重要的 点,一般压力要在5MPa以上,确保浆液流淌的深度。 同时注浆工作开展前,需要预先在墙壁上进行扩散半 径实验,合理调整注浆的有效扩散范围。同时注浆进 程中需要用棉布包裹注浆孔,避免出现浆液泄露的现象,影响注浆工作的成效。

  3  结束语

深矿井采煤是危险系数较高的工程,在开掘巷道 的进程中要注重结合地质条件选择合理的开拓方式, 并在正式开采前做好矿压控制工作,最大程度保证巷 道的稳定性与井下环境的安全性,在提升深层煤矿开 采效率的同时,保证井下人员的生命安全。

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