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第 4 期煤矿回采巷道矿山压力控制与支护探讨徐士鹏（枣庄矿业（集团）济宁岱庄煤业有限公司，山东 枣庄277600）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要：由于岩石圈相互作用关系的复杂性，矿山压力控制成为必要的条件之一。文章从煤矿回采工作面的矿山压力产生原因、巷道支护技术等方面进行探讨。通过本研究，将为煤矿回采巷道的优化施工提供实践参考，为煤炭行业的安全生产提供有力的技术支持。同时，本研究所关注的问题也可以为研究其他类似问题的学者提供有益的参考，从而对煤炭行业和地下工程领域有一定的推动作用。关键词：煤矿回采巷道；矿山压力；支护技术作者简介：徐士鹏（1988），男，山东枣庄人，主要研究方向：煤矿工程技术。煤矿资源作为重要的能源来源，有着广泛的应用前景。煤矿回采巷道作为煤炭开采的必要阶段，矿山压力以及支护是重要的研究方向。煤矿回采巷道中矿山压力常常导致巷道的塌方，关系到矿工的生命安全和生产效率。如何控制矿山压力，降低风险，促进高效的矿山生产，是煤炭采掘的重要任务。文章旨在探讨煤矿回采巷道中矿山压力形成机理和支护技术，为煤矿回采行业提供参考和帮助。1煤矿回采巷道矿山压力控制的重要性1.1保障矿工安全在煤矿回采巷道中，超大的矿山压力往往会造成巷道塌方、支护结构损坏等现象，如果控制不当，甚至会导致严重的安全事故，威胁到矿工的生命安全。因此，必须对煤矿回采巷道中的矿山压力进行有效地控制，降低风险，确保矿工安全咱1暂。1.2保证生产效率煤矿回采巷道中矿山压力的控制还能有效保证生产效率。如果压力未能得到有效控制，巷道失稳、通风受阻等现象将会大幅降低生产效率。有效控制矿山压力，合理安排支护和加固工作，能够保证巷道和采煤设备的正常运行，提高生产效率和煤炭产量咱2暂遥1.3缓解环境破坏程度煤矿回采巷道中的矿山压力是煤炭开采所带来的环境影响之一。随着采矿规模的不断扩大，煤矸石回填和尾矿堆放等问题也日益突出。通过矿山压力控制，能够保证煤炭走向可持续发展的正确路径，同时避免破坏环境，减缓对环境的影响。2煤矿回采工作面的压力产生原因2.1煤岩巷道围岩自重压力煤岩巷道围岩的自重会对工作面产生垂直压力，特别是在深部回采时，围岩的自重压力更为显著。煤层顶板的重力会直接作用于工作面，导致工作面受到顶板的挤压。2.2煤岩巷道围岩应力转移导致的冻结压力煤岩巷道围岩的应力分布会在采煤过程中发生变化，尤其是在工作面进行水平推进时，围岩应力由拱顶向工作面转移到支护结构上，这种应力转移会导致支护结构承受较大的冻结压力。2.3瓦斯、煤与岩石的相互作用煤矿回采过程中，煤与岩石之间，以及瓦斯与煤之间的相互作用会产生压力。例如，煤的收缩和变形会产生应力，导致工作面受到侧向挤压。瓦斯的释放与聚集也会对工作面造成压力影响。2.4采煤机械对工作面的影响采煤机械的作业过程也会对工作面的压力产生影响。例如，采煤机械在工作面上的切割、抽采等行为会改变煤和岩石的应力分布，进而影响工作面的压力。2.5巷道支护的限制和约束巷道支护的形式和方式也对工作面的压力产生影响。例如，如果巷道支护结构刚度不足或者支护方式不恰当，会导致工作面受到较大的侧向挤压和非均匀的压力分布。3煤矿回采巷道支护技术分析3.1砂浆注浆支护首先，选择适宜的注浆剂。根据巷道围岩的地质条件和实际需要，选择适宜的注浆剂，如高强度砂浆、水泥浆料等。注浆剂应具有良好的液化性和稳定性，能够在注浆过程中充分填充巷道围岩的裂隙和孔洞。其次，确定注浆剂的掺混比例和配方。根据巷道围岩的强度、厚度和变形特点等因素，确定注浆剂的掺混比例和配方。注浆剂的掺混比例和配方应能够满足巷道围岩加55冶金与材料第 44 卷固的要求，提高围岩的稳定性和抗压能力。第三，确定注浆的注入方式和压力。根据巷道的尺寸和地质条件，确定注浆的注入方式和注入压力，在支护长度为 50m时，注浆压力通常为 3.5MPa，在支护长度为 80m 时，注浆压力通常为 3.0MPa，常见的注浆方式有孔隙注浆、压力注浆等。注浆时要注意注浆压力的控制，避免过高或过低的注压。第四，加强注浆过程的监测和控制。在注浆过程中，应安装注浆压力传感器和位移监测仪等设备，对注浆压力和围岩位移进行实时监测和控制。根据监测数据，调整注浆参数，确保注浆的质量和效果。砂浆注浆支护具体数据见表 1。表 1砂浆注浆支护数据支护长度/m50806070注浆剂种类高强度砂浆水泥浆料高强度砂浆水泥浆料浆剂用量/m315302025注浆压力/MPa3.53.03.23.53.2钢支撑支护钢支撑支护的施工流程可以大致分为以下五个步骤。首先，在支护的位置进行钻孔，确定插板的尺寸和深度；其次，安装底板钢支架，将其安装在巷道底部，形成底板支撑；然后，将制作好的插板竖立在钻孔中，使之与底板钢支架形成接触；接着，在巷道顶部安装钢材支架，形成顶板支护；最后，在巷道顶板和底板以及插板之间的空隙填充锚杆，将其锚定在围岩中，增强围岩的强度和稳定性。钢支撑支护所使用的材料主要有两种：通用型钢材和难燃型钢材。通用型钢材主要包括工字钢、角钢、槽钢等，适用于大多数地质条件和工程要求；难燃型钢材主要包括火线防火型 H 型钢、防腐型 H型钢等，适用于天然气高涌危险巷道、火区专用巷道等特殊工程要求。在钢支撑支护的施工过程中，需要注意一些技术要求。钢材在运输和安装过程中应避免损坏和变形，必要时需进行补偿切割等工艺处理。同时，在支护的过程中需要对支架的安装尺寸、中心线、表面状态和垂直度等参数进行检查和监控，以保证其符合设计要求。对于新沟巷道的支架安装位置，需要进行现场调整，以符合巷道实际情况和围岩的变化。3.3锚杆加固技术通过将锚杆安装于围岩中，利用固结体与岩石相互作用的原理，增加围岩的抗拉强度和稳定性，从而保证巷道的稳定和矿工的安全。锚杆加固的基本施工流程如下：首先，在围岩中预先钻孔，以固定锚杆。然后清理钻孔，清除其中的碎石，保持钻孔表面光滑，便于接下来的锚杆安装。接下来，用地质胶注入钻孔中，填充钻孔周围的空间。随后，将锚杆置于钻孔中，留出一定长度的锚杆，以便钢丝绳或钢管的绑扎和采取后续的支护措施。最后，对锚杆进行固结，即将胶水分配到锚杆和孔壁的间隙，通过胶水自身的固化，将锚杆与孔壁固定在一起，从而完成锚杆加固。在实际施工过程中，需要注意以下方面：首先，钻孔的位置、数量、深度等参数需要严格按照设计要求进行控制，以保证锚杆的安装效果。其次，锚杆的长度和数量应根据围岩的性质和稳定状态进行合理的匹配，以避免浪费材料和造成支护的过度开销。第三，注胶作业需要控制胶水的流量和速度，以避免出现胶水浸透或渗透不良等问题。最后，在验收和质量监控中需要采取一系列可靠的措施，对锚杆加固的施工质量和效果进行监测和评估咱3暂遥3.4预应力锚索支护淤锚索材料的选择：预应力锚索一般采用钢绞线和钢筋等材料，具有强度高、刚度大、耐腐蚀等特点。在选择锚索材料时，需要充分考虑巷道围岩的特点和需要加固的位置，通过合理选择材料来提高支护的效果。于锚索布设方案设计：锚索布设方案设计是预应力锚索支护的关键环节。根据巷道的实际情况和需要加固的位置，确定锚索的数量、位置、长度和预紧力等重要参数。在实际应用中，一般采用等间距或非等间距布设方法，在使用时应根据具体情况进行选择。锚索预紧和张拉：在预应力锚索支护中，需对锚索进行预紧和张拉操作。预紧操作是指在安装锚索后，先使其增加部分张量，填充空隙，保证锚索充分接触巷道围岩。张拉操作则是在预紧操作后，利用张拉机对锚索进行拉力加载，达到预定的拉力负荷，从而使锚索和巷道围岩更加牢固地结合起来，进一步增加巷道稳定性。锚索支护的监测和维护：在锚索支护的应用过程中，需要通过实时监测来检测锚索的工作状态和变形情况，及时发现和处理问题，保证锚索支护的有效性和稳定性。比如在锚索规格为 椎15.24伊6m 时，最大变形量为 3.5mm，比如在锚索规格为 椎18.46伊7m 时，最大变形量为 4.5mm，比如在锚索规格为 椎20.0伊8m 时，最大变形量为 6.2mm，具体不同规格预应力锚索的承载力和变形对比见表 2。表 2不同规格预应力锚索的承载力和变形对比锚索规格（直径伊长度）椎15.24 伊 6 m椎18.46 伊 7 m椎20.0 伊 8 m最大变形量/mm3.54.56.2承载力/kN280360500预应力力量/kN3250450065004煤矿回采巷道的压力控制策略4.1适当调整回采速度首先，确定合理的回采速度范围。根据煤层的岩性、硬度、厚度及煤巷的结构特点等因素，确定一个适56第 4 期应巷道围岩条件的回采速度范围。这个范围应考虑到煤巷围岩的变形特性，避免过快的开采速度引起巷道围岩失稳。其次，进行动态监测与分析。通过在巷道中安装压力传感器、应变检测器和位移监测仪等装置，对巷道围岩的变形和承载能力进行实时监测和分析。根据监测数据，及时调整回采速度，以及时响应巷道围岩的变化，保持巷道的稳定。另外，采用分段回采和逐层回采的方式。分段回采是指将巷道进行划分，逐段进行回采，先回采一段后再回采下一段。逐层回采是指先回采上层煤层，再逐步向下回采下层煤层。这种方式可以避免过大压力的集中释放，降低巷道围岩的变形和失稳的风险。4.2合理设置预留采场首先，在进行预留采场前，需要对矿区地质条件进行全面的调查和分析，评估煤层的围岩性质、厚度、稳定性等因素。同时还需要考虑采场的规模、采高、采距、支架参数和煤柱大小等因素，制定合理的预留采场方案。其次，确定预留采场的位置和数量。预留采场的位置可以选择在机尾线和采区中部位置，采场数量应根据工作面所在位置、巷道长度和围岩性质等因素来确定。在选择预留采场位置时，还需要考虑采场之间的距离和排列方式，以便实现煤层的逐步向后采运，减少巷道围岩受力影响。然后，根据预留采场方案的要求，对采场进行支护。常采用的支护方法包括：加强支护、填充支护、拱形支护等。加强支护是指通过加大支架的大小、长度和密度等参数，在预留采场内部建立相对固定的支架体系，以提高巷道的稳定性和支撑能力。填充支护是在巷道两侧或者采区两侧填充粘土、煤屑、灰土等材料，使其与巷道围岩形成一个整体，增强巷道围岩的稳定性。拱形支护是通过设置拱形钢架或者钢拱筋进行，在巷道顶部建立一个拱形结构，通过弯曲的支撑柱的弹性能力和塑性能力，提高巷道围岩的稳定性和支持能力。最后，加强预留采场的维护和管理。随着采砂进度的不断推进，预留采场内的煤矸石和岩石可能会出现塌方或者滑坡等情况。为保证预留采场的稳定性和支撑能力，需加强巡视、监测、检修和补强等工作。巡视员应定期进入预留采场进行观察和记录，监测员应通过现场监控设备对巷道的稳定性和支撑状态进行实时监测，检修和补强人员应及时处理和修复发现的问题，确保预留采场能够有效地发挥压力控制作用咱4暂。4.3预排水控制策略淤地表段排水：地表段排水是指通过设置井筒或井管，将地表水排泄到地表。常见的地表段排水措施有排水井和抽水机。矿井通常会设置排水井，在井底放置抽水机进行抽水。通过抽水，可以降低地下水位，减少巷道中的水流入，降低压力。井下段排水：井下段排水主要通过设置抽水井和抽水机，将巷道内的水排到地表。常见的井下段排水措施有立井排水法和钻眼排水法。立井排水法是通过在回采巷道附近井体内设立抽水井，在井底安装抽水机抽取地下水。钻眼排水法是在巷道侧壁或顶板打孔，然后通过管道将水泵出。煤层段排水：煤层段排水主要是利用钻井和开采过程中的抽放水，通过井筒将地下水排到地面。常见的煤层段排水措施有钻井排放法和低温加热放水法。钻井排放法是通过在煤层中钻孔，然后将地下水通过井筒排放。低温加热放水法是在地下通过加热的方式将地下水抽取到井筒中，然后通过管道排放到地表咱5暂。4.4修复巷道变形首先，根据巷道变形的情况采取相应的修复措施。根据巷道变形类型和程度，采用不同的修复措施，例如对于巷道顶板出现裂缝、破损或塌方等问题，可以在巷道顶板进行打钢支撑或其他加固措施。对于巷道墙体出现裂缝、滑动等情况，则可以采用注浆加固等方式进行修复。其次，采取及时性和预防性的修复策略。在巷道变形发生的最初阶段，应及时采取措施修复问题，防止问题扩大，同时在采煤过程中应进行预防性的支护加固等措施，以防止问题再次出现。另外，注重修复措施的质量和效果。修复措施应该采用高质量的材料和装置，保证修复效果的可靠性和稳定性。修复后需要重点检查修复效果是否达到预期，以及加固措施是否确保了巷道的稳定与安全。5结语巷道支护是煤炭回采行业的重要领域，其不断进步的技术对巷道矿山压力的控制提供了有效的手段。常规支护技术虽然已经具有成熟的应用基础，但高效和新型支护技术在矿山压力控制中的应用也有不少优势。然而，这些技术在实践过程中面临着一些限制和挑战，如新型支护技术需要进一步实践和改进。因此，在巷道矿山压力控制和支护方面，仍需要不断地研究和完善支护技术，适应当前的煤炭生产需求，确保煤矿回采巷道的安全生产和环境质量，为中国煤炭产业的健康发展做出贡献。参考文献1 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