采区巷道支护强度论证及支护技术运用策略

采区巷道支护强度论证及支护技术运用策略

范有宝

新疆同泰煤业有限公司托克逊沼和泉煤矿一号井  新疆吐鲁番市托克逊县  838100

摘要：在煤矿开采过程中，巷道支护是保证矿井安全和生产效率的重要环节。随着开采深度的增加，地质条件恶化，巷道支护问题变得日益复杂。因此，合理确定巷道支护强度并科学运用支护技术，对于提高矿井安全性和经济效益具有重要意义。

关键词：采区巷道；支护强度论证；支护技术；运用策略

引言

在煤炭开采过程中，巷道支护是保证矿井安全和高效生产的重要环节。随着开采深度的增加，地质条件愈发复杂，巷道支护面临更大的挑战。因此，科学论证巷道支护强度并合理应用支护技术，对于维护巷道稳定性、减少维修成本和提高生产效率具有重要意义。

1采区巷道支护强度论证背景

随着煤炭资源的不断开采，矿井巷道支护问题日益突出，特别是复杂地质条件下的巷道支护强度论证和支护技术的合理选择，对于保障矿井安全高效生产至关重要。新疆同泰煤业有限公司托克逊沼和泉煤矿一号井（以下简称“一号井”）作为新疆中泰（集团）有限责任公司的重要矿井，面临着巷道变形严重、支护效果不理想等问题，急需通过科学的支护强度论证和技术优化，确保矿井生产的安全性和稳定性。

2矿井概况

2.1矿井地理位置概述

一号井坐落于中国新疆维吾尔自治区吐鲁番市托克逊县克尔碱镇，其地理位置虽相对偏远，但得益于完善的交通网络，确保了与外界的便捷联通。具体而言，该矿井距离托克逊县城约45公里，为日常运营与管理提供了合理的通勤距离。在西南方向，距离望布火车站（南疆铁路的重要站点）约50公里，而距托克逊火车站及克尔碱镇则仅有12公里之遥，这样的布局极大地促进了物流运输的高效性。此外，克尔碱镇与托克逊县之间通过柏油公路紧密相连，形成了稳固的交通纽带。更为便利的是，区域内还构建了多条简易公路，它们与贯穿新疆南北的重要干线——乌鲁木齐-喀什314国道相接，不仅为矿井所需物资的快速调入与产品的顺畅输出提供了有力保障，同时也极大地方便了工作人员的日常通勤与对外交流。

2.2开采技术条件分析

2.2.1煤尘爆炸性与煤自燃倾向性的考量

在矿井安全生产的广阔领域中，煤尘的爆炸性以及煤的自燃倾向性构成了两个极为重要且不容忽视的关键因素，它们对矿井的整体安全状况具有深远的影响。就一号井的具体情况而言，煤尘的爆炸潜力和煤的自燃特性直接关联到矿井作业环境的安全性与稳定性，是评估该矿井安全风险时必须重点考虑的两个维度。鉴于此，为了确保矿井生产活动的平稳有序进行，同时有力保障每一位工作人员的人身安全与健康，必须针对煤尘的爆炸性以及煤的自燃倾向性，采取一系列科学严谨、行之有效的预防措施。这些措施旨在从源头上降低安全风险，及时消除安全隐患，从而逐步构建起一个既安全又可靠的作业环境。通过这样的努力，将为一号井的持续发展奠定坚实的基础，确保矿井生产在高效与安全的天平上找到最佳的平衡点。

2.2.2原支护条件下围岩变形特征研究

经过对当前采区巷道11E5-303工作面顺槽进行全面而深入的实地调研与详尽分析，发现该区域的围岩变形现象尤为显著，整体结构表现出一种明显的向内收缩趋势。特别是在紧邻断层一侧的区域，以及那些受到褶曲构造强烈挤压和影响的区域，巷道顶板的下沉问题尤为突出，下沉量甚至达到了惊人的200毫米，这对巷道的稳定性和安全性构成了严重威胁。面对这一严峻且紧迫的挑战，注意到，目前所采取的支护措施主要是针对巷道顶板及两侧帮壁的锚网支护。尽管这些措施在一定程度上起到了支撑和固定的作用，但遗憾的是，底板区域却完全处于未受保护的状态，没有得到任何形式的支护加强。这种支护方式的不均衡性，直接导致了整体支护效果并不理想，难以有效遏制围岩的持续变形。鉴于当前支护方案存在的明显不足和亟待解决的问题，迫切需要对支护方案进行优化升级，以更加科学、合理且有效的手段来控制围岩的变形，保障了生产作业的顺利进行和人员的生命安全，对支护方案进行优化升级，已成为当前工作的重中之重。

3锚杆支护控制理论

组合梁理论是锚杆支护领域中的一个核心理论基础。该理论通过巧妙地将多根锚杆及其间的岩层整合为一个协同工作的整体梁结构，显著地增强了巷道顶板的承载能力，从而有效地控制了顶板下沉现象。高预紧力控制技术则是进一步提升锚杆支护效果的重要手段。通过施加高预紧力，锚杆与围岩之间能够实现更为紧密的贴合，这不仅大幅减少了围岩的松动范围，还显著提升了支护系统的整体稳定性，为巷道的安全提供了更为坚实的保障。此外，采用高刚度护表构件也是提高巷道支护性能的关键措施之一。这些构件凭借其出色的刚度特性，能够有效地抵抗围岩的变形压力，从而保护巷道表面免受破坏。这不仅延长了巷道的使用寿命，还显著提升了巷道支护的耐久性和安全性。最后，锚杆与锚索的协同承载机制更是将巷道支护技术推向了一个新的高度。通过充分利用锚杆和锚索各自的优点，并使其相互协作，形成了一个更为稳定、更为强大的支护体系。提高巷道支护的整体强度和稳定性，还为巷道的长期安全使用奠定了坚实的基础。

从岩层受力角度考虑，锚杆将各个岩层夹紧形成组合梁，组合梁所受的最大拉应力与叠合梁所受的最大拉应力的比值为：

                        （3.1）

式中：

—组合梁所受最大拉应力，MPa；

—叠加梁所受最大拉应力，MPa；

—各层岩梁厚度，m；

—岩层总数。

组合梁最大弯曲应变为：

                           （3.2）

式中：

W—组合梁自重，MN/m2

B—巷道跨度，m；

t—组合梁高度，m；

E—岩石弹性模量，MPa。

综上，组合梁理论充分考虑了锚杆对离层和滑动的约束作用，组合梁厚度越大，梁的最大应变越小。

4采煤方法和工作面布置方式

4.1采煤方法与采煤工艺的选择

在煤炭开采过程中，选择恰当的采煤方法和采煤工艺对于显著提升矿井生产效率具有举足轻重的作用。具体而言，一号井在选择采煤方法时，必须全面考虑煤层赋存条件、地质构造特征以及开采环境等多重因素，同时深入权衡安全性、经济性和效率性之间的平衡。通过科学分析，一号井应选取既能保障安全生产，又能实现经济效益最大化，同时确保高效率开采的采煤方法，以推动矿井生产效益的全面提升。

4.2工作面顶板管理方式的优化

4.2.1工作面支护方式的科学选择

工作面支护方式的选择对于确保顶板的安全稳定具有至关重要的影响。针对一号井的具体情况，必须全面考虑顶板岩性的软硬程度、煤层厚度的实际情况，以及开采过程中可能出现的各种地质变化情况。在做出决策时，需要综合权衡多种因素，通过细致的分析与评估，来选择一种既科学合理又切实可行的支护方式。

为了进一步提升支护效果，还需要不断优化支护结构，通过采用先进的技术手段和创新的设计理念，来增强支护的整体强度和稳定性。

4.2.2工作面顺槽巷道支护方式的优化

巷道表面位移随运算步数的演化曲线

一号井顶板不同层位垂直应力随运算步数的演化曲线，随着运算步数增加，顶板不同层位应力呈渐进降低的趋势，体现出顶板各层位应力逐渐被释放。巷道顶板变形最开始集中在浅部顶煤区域，顶煤出现不同程度块状下沉。随着运算步数增加，顶板变形向深处延伸，顶板整体最终呈“草帽”型下沉特征，延伸的深度超过巷道高度，同时发现，“草帽帽沿”已经扩展至煤帮区域，煤帮变形也呈大幅上升的趋势。因此，说明了顶煤是巷道顶板初始变形的主要原因，由于顶煤完整性逐渐被破坏，变形会延伸到深部，导致巷道整体出现大变形，所以支护时需重点强调顶煤的护表。在总裂隙中，剪切裂隙占主要地位，张拉裂隙占次要地位。同时发现，剪切裂隙趋向于稳定的时间早于张拉裂隙，并且随着浅部顶煤破坏的加剧，张拉裂隙数量呈增加的趋势，最终张拉裂隙占比达34.9%。

综上分析控制巷道变形失稳的关键是抑制张拉裂隙数量，顶板围岩裂隙多分布在顶煤区域，裂隙均在锚杆锚固区范围内。

工作面顺槽巷道在矿井生产中扮演着举足轻重的角色，作为连接各个生产环节的关键通道，其稳定性和安全性直接关系到矿井的整体运作效率。因此，选择恰当的支护方式对于确保巷道的稳固性和持久性至关重要。针对一号井的具体情况，必须综合考虑巷道变形特征、围岩的力学参数以及实际开采过程中的各种因素，对支护方式进行全面、深入的论证与优化。

结语

一号井采区巷道支护强度论证及支护技术运用策略的制定需综合考虑地质条件、巷道变形特征、支护设计理论及关键技术等多方面因素。通过科学合理的支护设计和技术优化，提高巷道支护强度，确保矿井生产的安全性和稳定性，为矿井的可持续发展提供有力保障。

参考文献

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