浅谈镇城底矿矿山压力与掘进巷道支护技术

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摘要：煤矿安全已成全国工业生产的重中之重。目前国内的煤炭生产安全事故不短发生，由于支护不利所造成的事故接连发生，给人民生命财产带来了巨大损失。但中央、国务院高度重视煤矿安全工作，相继采取了一系列重大举措，地方各级政府也做了大量工作，应如何有效遏制重特大安全事故的发生已成立矿井安全重要的一个环节。多样的井下支护方式就是在这样的背景下诞生的，在煤矿生产中起着越来越重要的作用。

关键词：煤矿 掘进 矿山压力 矿山压力显现 锚杆 锚索 喷浆 支护 安全

1 矿井概述

山西西山煤电股份有限公司是大型煤炭上市公司，镇城底矿是山西西山煤电股份有限公司在古交矿区开发的第二对大型现代化矿井。该矿井1983年1月开工建设，1986年11月20日正式投产，设计生产能力150万吨/a，2005年3月该矿经重新核定批复的生产能力为190万吨/a，2005年实际生产原煤190.2万吨/a，2006年实际生产原煤195.3万吨/a。镇城底矿井开拓方式为斜井单水平开拓，有一个主水760水平，辅助水平820水平。回采工作面采宽一般为150m，长度一般为600-1000m，采煤方法为走向长壁式全部垮落采煤法。由于多年回采、采空区叠加的压力影响，直接造成巷道支护和维修十分困难。因此，解决巷道的支护问题成为本矿势在必行的任务之一。

2 矿山压力与矿山压力显现

2.1 矿山压力

由于采掘活动的影响，岩体上及支护物上所产生的力称为矿山压力。采矿开挖引起的应力集中水平原岩应力铅垂原岩应力。

2.2 矿山压力显现

由于矿山压力的作用将引其围岩及支矿山压力显现护物的位移、变形、护物的位移、变形、破坏等一系列的力学现象称为矿山压显现。

2.3 矿山压力与矿山压力显现的关系

①矿压是矿压显现的原因，矿压显现是矿压作用的结果。

②矿压存在是绝对的、不可控制的，矿压显现是相对的、有条件的、可以控制的。

2.4 影响矿山压力显现的基本因素

首先是地质因素：一般来说，软岩的强度低，受力后容易产生变形和破坏，岩层的层理、节理发育，对其强度影响极大，开掘时容易发生冒顶。

其次是开采深度：上覆岩层重量大，形成的支承压力就越大，在开采过程中，矿山压力显现明显。

三是煤层倾角：生产实践证明，煤层倾角越小，矿山压力显现大，反之，矿山压力显现稍小。

四是生产因素：生产因素是人为的，主要表现在巷道位置、支护形式、开采顺序、工作面推进速度和控顶方法等。

围岩自稳时间短、来压快。在没有支护的情况下，围岩从暴露起开始失稳冒落时间仅为几十分钟到几个小时，甚至在没有进行超前支护就随着围岩的暴露而马上冒落。围岩自稳时间长短主要取决于围岩强度和地压大小，同时和巷道断面形状、掘进方法及巷道所处的位置等有关。

围岩变形量大、速度快、持续时间长。根据国内大量统计数据，一般软岩掘进后第1～2天，变形速度小的为5～10mm，大的为50～100mm；变形持续时间一般为25～60天，有的达半年以上。在支护不当加之巷道位置处于应力集中区域，变形速度更快。

围岩四周来压、底鼓明显。松软岩石由于结构疏松、强度低，很难支撑上覆岩层的重量，围岩在自重的作用下，以垂直变形为主，垂直变形中又以底鼓为主。底鼓明显是软岩巷道的重要特征。软岩巷道如果底板不支护，就出现一个支护结构的薄弱带，巷道破坏就从底板底鼓开始，又因底鼓导致巷道两帮移近和巷道帮脚破坏而片帮冒顶，造成巷道全部破坏。

围岩遇水膨胀、变形加剧。软岩一般都富含亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石，这些岩石遇水后软化，体积急剧膨胀，从而产生很大的膨胀力，变形也更加剧烈。

普通刚性支护普遍破坏。软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护承受很大变形压力后很快发生破坏，所以目前刚性支护也不适应软岩巷道。

围岩应力水平高。围岩强度低是形成软岩的重要原因，但这只是一个相对概念，还与地应力紧密相关。围岩强度小但地应力也小时表现不出软岩特征；围岩强度大但地应力很大时却表现出软岩的特征。围岩应力水平高表现在以下几个方面：

①巷道埋深大。

②构造应力大。

③集中应力作用大。

3 动压巷道围岩压力的显现特点

在煤（岩）体内掘进巷道后，巷道围岩产生变形、位移、破坏甚至垮落，这时就产生了巷道的地压现象，它主要表现在巷道的顶压、侧压、底压和巷道斜压上。在煤（岩）体中开掘巷道后，巷道上方的煤（岩）体失去了支撑，产生拉应力，在拉应力的作用下，煤（岩）体产生裂缝相互交错，使煤（岩）体成为碎块，这时如果没有支护，这些碎块就会掉下，产生冒顶；当裂缝继续延伸和扩大，达到一定高度并稳定形成自然平衡拱后，其自然平衡拱内的煤（岩石）重量就全部作用在巷道的支护形式上；与此同时产生的巷道底压和巷道侧压也同样作用于巷道的支护形式上。

4 常见的巷道支护

由于支动压巷道要经历由动压的应力状态的多次变化，围岩的压力、变形、位移也随着动压的变化而发生多次相应变化，从平衡到不平衡，最后又趋于平衡，而且变化剧烈，时间短暂，即体现在“急剧升高——相对稳定——又急剧升高——又相对稳定”的压力显现规律，从而导至巷道围岩压力显现很大，巷道变形严重，维护困难；因此要使围岩能经受住反复的压力变化而不松动破裂，就要求支护具有较高的抗变形能力、有较大的刚性和足够的柔性和可缩性。

4.1 锚杆支护

锚杆支护是树脂锚固剂配以各种材质杆体的锚杆进行工程支护的锚杆支护技术。它的原理是把以树脂胶泥为基础的胶黏剂和固化剂（二者完全分开）用锚杆轻轻装入钻孔，随后将锚杆以一定速度边旋转边搅拌地推入到眼孔底部，把两种化学物质充分混合，使胶黏剂迅速聚合并使锚固段锚杆与钻孔孔壁紧密地粘结在一起取得较高的强度，并通过托板的安装和螺母的拧紧，对围岩起到支护作用。