浅析煤矿深井开采矿压显现规律与控制
于富军
[摘 要]随着矿井开采范围的扩大，开采深度的加深以及开采难度的加大，地质条件和开采条件越来越复杂，深井矿压灾害日趋严重。笔者根据多年工作经验，主要针对深矿井开采的矿压特征进行分析，并提出深井矿压控制措施。
[关键词]深井矿压；特征；巷道；控制
中图分类号：X713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0033-01
我国的煤炭资源比较丰富，且分布面积比较广，这样使得煤田的种类比较多，煤层开采具有多样性，依据不同矿区及不同技术条件，进行合理采煤方法选择，优化工作面支护设计，解决深井开采矿压问题。
一、深矿井开采的矿压特征
随着矿井采深的不断增加，矿井逐渐出现矿压显现强烈，巷道维护困难，地温升高和勘探困难，开采条件恶化，生产技术效果和经济效益下降等问题。
（1）深井巷道围岩具有软岩流变特性。巷道围岩的岩性会对巷道周边围岩的形变产生极大的影响。一般来讲，随着开采的深度的增加，岩性则会慢慢产生变化，然而，较大的岩性差异会使巷道围岩产生较大的变形。矿井线深部不断延续，煤柱下方的多数巷道围岩还会产生更多的变化，流变速率不断增加。？
（2）深井巷道围岩变形具有明显的时间效应。深井巷道掘出后，围岩变形速度随掘出时间的变化而变化的性质称为时间效应。具体表现为巷道掘出后围岩变形速度较大，随时间增加，变形速度递减，但围岩仍以较大速度变形，且持续时间较长。遇到动压影响，此现象还会加剧。如不采取有效的支护措施，当变形量超过支护结构的允许变形量时，支护结构承载能力下降，围岩变形速度加剧，最终导致巷道结构失稳。
二、深井矿压控制措施
1、巷道布置控制
在深度采矿中，必须抓好巷道布置，具体实施中应掌握好以下三个要求：其一，在开拓巷道以前，应对岩石力学性能进行考察，当性能达到要求以后再进行建设。力学性能好的岩石应具备岩石强度大、破坏小、弱面少等特点；其二，为了确保巷道的畅通，应将其建筑在受采动影响小的位置。这些位置主要是位于采空区下方，应尽量在采空区冒落矸石中成巷，有意增大大巷或上山与煤层底板间的垂直距离；其三，缩短巷道服务年限。主要的措施包括：（1）采用区段集中平巷，而分煤层或是分层平巷则选用超前平巷。这种方法一般较少地使用于浅部开采中，但是却适用于维护困难且维修费用较大的深部巷道。（2）减小工作面推进跃度。
2、巷道支护控制
在深矿井开采中，巷道支护结构必须满足以下技术要求：一是支护强度大，可以抵抗高地压；二是可缩性能好，可缩量大，可以适应围岩的较大变形；三是封闭性能要好，可以有效避免底鼓。通常单一品种的支架难以同时满足这些要求，所以，在高地压区或软岩巷道，一般采用封闭的多种支架共用的复合支护结构。我国煤矿，很少使用圆形断面的巷道，由于这种巷道断面的利用率较低。但也有采用拱形断面加反拱或加底梁的情况。多数采用以锚杆或拱形可缩支架为主体的复合支护结构。
采煤生产实践证明，锚喷和拱形可缩支架具有良好的可缩性，只要增加自身的支护强度或与其他支护结构相结合是可以满足高地压、大变形巷道的支护的技术要求，具有操作简单、方便可行、支护费用较低等优点，用锚杆或锚杆配合架棚支护的巷道，巷道围岩移动量比单用架棚要小。
3、巷道维护控制
（1）卸压法
卸压法主要包括超前导硐、钻孔卸压、爆破卸压以及宽巷卸压四个方面，下面将这四种方法进行简单的介绍：
a.超前导硐。具体操作是先在大断面巷道中凿开一个小断面导硐，然后再将导硐向设计断面进行扩大。这种方法是利用导硐释放围岩压力，而使成巷后支架的受力得到有效地减少的。这种方法的泄压效果较好，有益于后期的巷道维护，而且也几乎不需要花费什么费用。
b.钻孔卸压。具体操作是在围岩中打钻孔，利用钻孔变形的方式实现卸压。这种方法不但能够有效地减小巷道底鼓、两帮移近量，而且也非常有利于击地压的减少。但是，这种方式存在工作量较大、费用较高以及耗工耗时等缺点，制约了这种泄压方式的发展。
c.爆破卸压。其原理是利用爆破松动围岩，从而实现卸压。这种泄压方式在常用间的是底板卸压，具体操作是距离巷道掘进工作面不远的后方，由底板向下打一组钻孔，然后向其中装入炸药进行爆破，以实现底板的卸压。因爆破而形成的松动区可以有效地吸收和减缓了外力对底板产生的作用，使巷道底鼓量得到相应的减小。这种泄压技术的重中之重在于爆破参数的确定，爆破参数主要包括钻孔深度、钻孔直径、装药量、钻孔的方向以及钻孔间距等。围岩条件不同，相应的爆破参数也不一样，因此，必须在采用矿井时逐个进行试验论证。这种泄压方式具有操作简便、费用较低的优势，只要爆破参数选择合理，一般都会收到良好的卸压效果。另一种爆破卸压的形式是在工作面向前方进行钻孔，不同于底板卸压，这种方式屬于超前卸压。
d.宽巷卸压。具体操作就是使掘进的巷道宽度较使用宽度大一些，这样多出的宽度可自由变形，而且巷道宽度增大，也会使支架受力得到增加。对于底鼓和两帮移近量大的巷道来说，采用这种方式会获得较好的卸压效果。
（2）围岩加固法
围岩加固是为了提高围岩的自支撑能力。其方法：一是机械加固，锚杆是最常用的机械加固方法；二是化学加固，就是把化学材料注入围岩裂隙内，凝固后能在围岩中起到黏结的作用，实现加固目的。化学加固使用的化学材料有：水泥浆，合成树脂和聚氨酯等。水泥浆成本较低，而加固效果差；聚氨酯在与围岩反应时发泡，体积膨胀，凝固迅速巨具有塑性和较高的黏着能力，所以，加固效果最好，但成本较高；合成树脂加固效果和成本在二者之间，它是煤矿使用较多的化学加固材料。化学加固一般用于围岩裂隙发育的巷道之中。
4、瓦斯控制
在煤矿开采中解决地热和瓦斯间题的传统方法是加强矿井通风。而在进入深矿井开采后，因地热和瓦斯大，仅靠通风不能使矿井温度和瓦斯达到环境标准。所以，在深矿井开采，应控制地热和瓦斯，除搞好矿井通风外，还应采取专门的方法和措施。
深矿井开采的瓦斯控制一要控制矿井瓦斯涌出量；二要避免煤与瓦斯突出。其主要方法是开采解放层、瓦斯抽放、煤层注水、震动爆破等。？
瓦斯赋存条件及作用机理复杂，避免瓦斯突出难度大。防瓦斯突出要采取综合措施，如卸压与防突并重的深孔卸压、煤层注水松动、震动爆破等措施；瓦斯突出的地点和时间不确定，避免瓦斯突出工作量大。瓦斯抽放是降低矿井瓦斯涌出量的必要手段。在开采深度较大时，矿井通风难度大，要靠通风降低矿井瓦斯需花较大的代价，瓦斯抽放是深矿井瓦斯控制的重要方法。
结束语
随着我国煤矿开采规模的扩大，开采深度的逐渐增加，深部开采己经成为煤矿生产的必然过程。深部煤层开采复杂化的主要影响因素是矿山压力，在高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产生变形和破坏也更为严重，巷道围岩变形速度快、变形量大，巷道周边变形范围大。深矿井开采因其矿压大，巷道掘进开采需经受较大的变形和破坏，合理布置、支护和维护巷道是深井开采的重要任务。
参考文献
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