井巷支护技术的现状及发展研究

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  [摘要]随着宏观经济的发展,人们对煤炭能源的需求加大,国家"十一五"中确立的"煤为基础"的战略方针促使我国采矿行业不断发展,煤炭能源的生产数量不断攀升,采矿安全也成为重中之重。保证矿井巷道安全,是实现安全煤矿生产的基础,而合理恰当的支护技术对建设井巷工程具有重要意义。本文主要分析井巷支护技术的现状,提出几点新方法,以期能够对进一步深化研究井巷支护技术有所裨益。
  [关键词]井巷支护技术 发展现状 锚杆支护
  [中图分类号] TD35 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-2-324-1
  煤矿是人们在开掘地质层时挖掘出来的合理空间,包括巷道、采掘面和井峒等。随着采煤量的不断增多,重大煤矿安全事故时有发生。这些事故暴露出诸多的安全问题,煤矿企业的支护方式落后、支护强度低、井巷支护过程中安全技术措施不到位等问题直接导致事故多发,对人们生命安全造成巨大损失。因此,深入研究井巷支护技术,不断提高其科技含量,是保证安全生产的关键措施。
  1井巷支护技术发展现状
  按照地质条件的不同,支护技术主要分为以下两种:一种是正常的地质环境下,料石砌暄或整体浇注混凝土支护,钢拱架式结构,高刚性的掩护筒式结构及迅速发展起来的锚喷支护等。特殊的地质环境下支护技术主要有锚喷支护、锚喷网与钢拱架相结合的联合支护或支架壁后充填等。目前常用的井巷支护技术主要有以下4类。
  1.1传统支护
  传统的支护技术中混凝土及木材是其主要材料,主要分为两类:衬砌和支撑。衬砌是永久性的保护围岩,而支撑是指临时性加固。在坍落拱和古典压力等思想理论的指导下,人们认为围岩局部出现坍塌是由巷道开发所致,围岩坍塌使硐室的形状发生改变,而自行获得巷道稳定。传统的支护技术中,围岩为荷载,支护为承载,支护只单纯起到抵抗承受的作用。传统支护所消耗的木材量大,且深受岩性的影响,因此适用的范围较小,主要在浅部岩层中使用。
  1.2金属支架支护
  金属支架支护中刚性支架的工作阻力与变形量成反比关系,变形量大,则工作阻力小,变形量小,工作阻力增大,直至刚性支架遭到破坏使得工作阻力消失。可缩性支架与工作阻力成正比关系,压缩量大,工作阻力也随之增大,或者出现恒阻。金属支架支护中之支护为支架,荷载体为围岩,支架承受不均匀的荷载或侧压力会导致支架不稳定,或不能竖向承载。高地应力松软破碎围岩条件下应用金属支架支护,具有地面预制的优点,保证质量的同时便于在井下实行机械化的安装或批量生产,其不足之处为底板沉降或扭曲折断时直接失去支护能力[1]。
  1.3锚杆支护
  锚杆支护技术在采矿中已经被广泛应用,是指将各种锚杆安装于矿井巷道中的岩石中,加固巷道岩体,从而保证巷道安全。这种技术的主要核心在于根据巷道实际条件和不同锚杆的特点来具体设计支护,从而形成稳固结构应用于巷道之中,提供一定的支护抗力,避免巷道周围围岩产生位移或者变形。
  1.4复合支护
  煤炭开采越来越深入,危险性也随之增大,各种工程事故不断爆发。传统的支护技术已经不能满足安全的需要,因此,复合支护技术得到大力推广应用。复合技术主要是指联合两种及以上的技术共同支护巷道,锚喷支护就是通过将喷混凝土与喷浆、锚杆支护相互联合的支护技术,广泛应用于顶拱及巷道边墙中。这种联合使用的方式可以使巷道抗裂的能力大大增强,抗拉强度也有一定的提高,进而使整体的支护能力大幅提升。新兴的锚索支护也是一种联合技术,主要利用金属网及锚索来发挥支护作用,在围岩较差的开切眼、交岔点、大峒室、巷道等地方都可以使用锚索支护,费用低、工期短、方法简单、可靠安全。
  2井巷支护技术的发展趋势
  2.1支护理论
  必须要找出可信的先进理论为支护技术的设计指导,如软岩工程支护的岩石力学原理,对软岩变形机制进行分析,从而提出了新型的软岩巷道支护技术理论。联合支护的主要观点为不只是单纯强调支护强度,而是主张先抗后让,在适度的柔让中实现稳定支护。
  2.2支护技术
  根据地质条件的不同,综合考虑各种因素,选择联合方式,依据巷道实际条件,重点发展柔层析架支护技术及主要应用于软岩巷道中的分步动态加固技术。柔层析架支护技术主要是指柔性層及刚性层并用于支护体中,工字形的钢支架作为刚性层,使用连接杆将支架连接成整体,锚网支护为柔性层,层与层之间要预留间隙,有利于岩层充分变形,释放能量,而且刚度充分可以有效的限制其发生有害变形,最后喷混凝土以实现永久性的支护。柔层析架支护技术适用于复杂性的围岩状况,如深入的大断面巷道。围岩变形分为多个阶段,不同原因破坏岩层,其形态也会存在差异,因此采用分步、动态的加固技术更为安全有效。第一阶段的支护技术护、让为主要目的,第二阶段中围岩变形会相对稳定,为预防其长时流变,应及时喷层和加固,注浆的时间要滞后。分步加固支护技术对时间间隔有严格要求,因此施工具有一定难度,但支护强度会得到很大提高,施工速度快,适用于破碎岩层的深部巷道[2]。
  2.3巷道工程
  在设计巷道工程时,以下几个问题应特别注意:一是选择岩层层位。尽量选择坚固稳定的岩层,可以适当的多做巷道。二是设计硐室时,尽量避免开口,交叉交错的情况也尽可能的不要出现,确保设计集约化,这一方面可以借鉴何满潮教授所设计的泵房吸水井。三是根据构造条件的不同,针对性的选择支护方式。四是确保支护可以同步受力,具有一定的匹配性,设计深部巷道时对变形量要给予一定预留。
  3结束语
  巷道支护技术的发展关系着煤矿产业的安全生产,因此实际应用中应遵循巷道支护的安全要求,针对性的选择合理技术,采用联合支护方式,最大限度的保证支护质量,施工时对可能产生的各种问题认真解决,制定科学的井巷支护方案,严格按照标准执行,实现安全生产。
  参考文献
  [1]张军.浅谈煤矿井巷工程支护技术的应用[J].科技向导,2011(08).
  [2]曾仲节.井巷支护问题研究现状及展望[J].矿山机械,2010(03).
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