软岩及软岩巷道支护中一些问题的探讨

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浅议煤矿软岩巷道支护

浅议煤矿软岩巷道支护

浅议煤矿软岩巷道支护摘要:随着矿井开采深度的增加,巷道破坏日趋严重。

软岩巷道支护历来是巷道工程的难题,通过对软岩巷道的特征分析,及支护原理和方法的论述,对泉店矿回采巷道支护方式进行了设计,并给出了相应的建议和措施,取得了良好的效果。

关键词:软岩巷道围岩支护结构随着国民经济的发展,煤的需求量逐年增长,开采的范围也不断扩大。

无论新老矿井,在开掘巷道时都遇到了大量的软岩层,特别是随着开采深度的不断增加,深部地压明显增大。

在软岩层中施工巷道,掘进容易,但维护极其困难,采用常规的施工方法和传统的支护结构,往往不能奏效。

因此研究软岩支护问题便成为巷道施工的关键问题。

1 软岩巷道的特征软岩巷道最明显的特征是地压显现比较剧烈,巷道维护困难,主要表现在围岩的自稳时间短、来压快、围岩变形量大、速度快、持续时间长、四周来压、底鼓明显、遇水膨胀、变形加剧,可以用4个字来概括:松、散、软、弱。

2 松软岩巷道支护原理软岩层巷道支护的着眼点应放在充分利用和发挥自承能力上。

支护原理是:根据岩层不同属性,不同地压来源,从分析地压活动基本规律入手,运用信息化设计方法,使支护体系和施工工艺过程不断适应围岩变形的活动状态,以达到控制围岩变形、维护巷道稳定的目的。

具体的说,有以下几个方面:(1)必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想,支护结构及强度应与加固围岩、提高围岩自承能力相结合,与围岩变形及强度相匹配,实践证明,单纯提高支护刚度的方法是难以奏效的;(2)必须采取卸压、加固与支护相结合的方法,统筹考虑、合理安排,对高应力区,要卸得充分,对大变形区,要让得适度,对松散破碎区,要注意整体加固,对巷道围岩整体要支护住;(3)进行围岩变形量测,准确地掌握围岩变形的活动状态,根据量测结果进行反馈,以确定二次支护结构的参数,确定补强时间,再次支护时间和封底时间;3 松软岩巷道支护原则早期的支护理论沿用地面结构工程原理设计支护参数,围岩是支护的对象,支护只是人工构筑的承载结构而已。

关于煤矿软岩巷道支护技术的探讨

关于煤矿软岩巷道支护技术的探讨
后 分 析 并提 出解 决软 岩 巷道 支护存 在 问题 的 方 法。 关键 词 : 软 岩巷 道 ; 稳 定性 ; 支护技 术 软岩 属于 复杂 岩石力 学介 质 的岩种类 , 它在 某些 特定 的环 境 下会 区可以分为稳定塑性区和非稳定塑性区两种。我们一般将出现松动破 发 生较为 显著 的塑 陛变形 , 软 岩的孑 L 隙度较 大 、 胶结程 度差受 到外 界环 坏之前的最大塑性区范围称为作稳定塑性区; 将出现松动破坏区之后 境 因素影 响大并 有可 塑性 、 膨胀 性 以及 易变性 , 因此如 何维护 巷道安 全 的塑性区称为非稳定塑性区。 当我们降低了围岩中切向和径向应力时, 直是矿区十分重视的问题。随着煤矿开采的强度以及埋深的不断增 能够有效地减小作用在支护体上的荷载。设计人员在设计方案上将应 加, 矿区的地质问题也 日益突出, 也使得巷道支护的难度不断提高 , 我 力集中区向围岩深部转移时, 能够有效地减小应力集中的所产生的破 国的许多矿区都属于软岩矿区, 都出现了巷道支护工作进行困难的情 坏作用 。 况, 本文通过对软岩巷道中软岩的工程特性、 软岩支护并通过支护法中 对于高应力软岩巷道支护来讲 , 应允许其出现稳定塑性区, 严格 的新 奥法 对软岩 的支 护,以及 软岩 支护所 应注 意 的问题 进行相 关 的分 限制非塑眭区的扩展 , 也就是要求选择最佳的支护时间, 以便最大限度 析 及探 讨 。 的发挥塑性区承载能力而不至于出现松动破坏。 所以, 最佳支护时间的 1软 岩的基 本概念 和工程 特性 力学 含义 是 最大 限度 的 发挥 塑性 区的承 载能 力 而不 出 现松 动破 坏 时 软岩 是一 种 具有 软 弱性 、 易 破碎 性 、 松散 I 生、 膨 胀性 、 流 变性 的岩 所对应 的时 间。 石, 软岩又可 以分为地软岩和工程软岩两种 , 软岩巷道所用的软岩工程 4软岩巷 道支 护设 计应 注意 的几 个 问题 以及 相关对 策 4 . 1巷 道 的位 置 岩石 , 因此工程软岩是软岩研究的主要对象。 而软岩所具有的两个工程 特性 分 别 为 : 软岩 临界 载荷 和 软化 临界 深 度 , 它解 释 了软 岩 的相 对性 在对巷道进行开挖之后 , 在所挖巷道空间上方的岩体重量都将由 质。 支架以及周围的其它支承岩体来共同承担, 在巷道 中所用的支架会与 1 . 1软岩 临界载荷 围岩组成一个共同作用的力学承载体系。 当围岩的相对高度升高时, 支 当岩体所受到的荷载水平低于临界荷载时 ,将其归类于硬岩一 架 所承受 的重量会 下降 ; 当围岩 的相对 高度下 降时 , 支架所 承受 的重量 类; 当岩体所受到的荷载水平高于临界荷载时, 岩石将会把软岩的可塑 将 会升高 , 这会导致 围岩 的变形量 大大增 加 。 从支 护承载 的重量 与围岩 性加速变形特性表现出来 , 我们将此类的岩石称为软岩。 相对高度变化来看, 巷道上支架所承受的重量其实并不多, 绝大部分的 1 . 2软化 临界深度 岩体重量都是由围岩来承担的。 因此, 将巷道布置在相对坚硬且完整的 软化临界深度在客观上来说是一个与软化临界载荷相对应存在 围岩 中是一 个能够 提高巷 道稳定 性安全 』 生 的有效 措施 。 的客观量。 当所开挖巷道的位置大于某一开采深度的时候, 会使围岩出 4 . 2巷道 断面形状 和大小 现明显的变形以及难支护的不 良现象 ; 当所开挖巷道 的位置小于某一 岩石容易被拉应力拉裂 , 但是比较耐压 , 在一般 的情况下, 支架的 深度时, 以上现象将会消失。 承载能力会随着断面的增加而降低。因此巷道在断面形状大小的选择 2软岩 支护理论 及技术 上尽量避免出现拉应力 , 并且尽可能地去将压应力集 中系数减到最小。 ห้องสมุดไป่ตู้ . 1新 奥法 4 - 3采用柔 陛支 护和二次 支护形式 新 奥法 的 主要 概念 是 以岩 石力 学 围岩 支 护之 间 的共 同作 用 为基 软岩巷 道所 具有 的特点 是变形 速度 . 陕、 变 形量 大且 变形 持续 时 问 础来进行制定的, 其能够调动围岩 自身所具有的承载能力, 最大程度上 长 , 若 采用 刚性 支护来 对进行 支承 , 在 软岩变 形期 刚性支架会 承受 巨大 控制围岩的变形度, 防止围岩松动, 以此来使工程施工达到最大的安全 的压力 , 这会使其受到严重的破坏。若采用可缩性的金属支架、 或可拉 度以及最好的经济效果 。 新奥法 的支护方式是二次支护 , 从以往的支护 伸 ̄  ̄ - t f 的锚喷支护 、 或与其它形式的联合支护等柔 I 生 支护形式, 这些支 试 验结果 表 明 , 对膨 胀性 软岩 巷道 以及 高应 力软 岩巷 道使 用一 次支 护 护方式都应 当允许巷道能在一定的范围内变形 , 柔性支护能够在特定 方式 对其 进行 支护是 不可行 的。同样 , 双料 石碹 、 6 0 0 a r m厚 的钢筋 混凝 的情况下起到先柔后刚, 刚柔相济的作用 , 能够很好的适应软岩巷道的 土支护等方式因为其不能够很好的适应软岩初期大变形的这一特点, 变形特 点 。 也不能够用在这些软岩上。支护的作用只要是提供围岩 自身的承载能 4 4 采用柔 性喷层 力, 以保证巷道在条件的允许下能够安全的控制好围岩的释压变形 。 在 在煤矿软岩巷道使用锚喷支护 , 使得喷层在刚度上和极限变形上 围岩变形稳定之后, 必须对其进行二次支护, 这能够使得巷道在较长的 都能够与周 围的软岩有很好的匹配, 往往普通的喷射砼极限变形量为 时间里仍能够保持着稳定与安全的状态 。新奥法对于提高软岩支护效 2 % 左右,而在软岩巷道可匹配的位移中往往与周边位移不相匹配 , 这 果有 着极其 重要 的意义 。 就存在了一定的问题 , 从而导致了喷层开裂 , 让该作用与锚杆在共同作 2 . 2锚 喷网支 护 用力丧 失 了 自身 的能力 , 使得 这问题 周 围的岩 层 出现 了一定 的变形 和 锚喷 网支 护技术 是 目前 的支护 方法 中最 为实 用且 有效 的一 种 , 也 破坏 , 加剧 煤矿软 岩的危 险 l 生。在 目前 , 在试 用 阶段 使用 高科技 技术 钢 是我 国的矿 区中使用 度 最高 的软岩 支护 方式 , 锚喷 支护 技术 具有 以下 纤维, 从而为喷层提高一定的效率 , 使得喷层 的变形可以为围岩实现无 的几个优点: ( B 够通过向围岩及隔离水喷射混凝土 , 使其在某些情况 开裂和剥 落 的情 况 出现。 下能够及时地封闭, 并能减弱围岩的风化作用。 ②能够通过主动支护的 5结束语 方式来对围岩进行加固, 提高各岩体自身的承载能力, 并使各个岩体组 软岩巷道支护是一个既复杂又细致的工作 , 设计师要针对围岩的 成一个 支承 圈来共 同支承 围岩 , 以此来保证 巷道 的稳定性 。 锚 喷网能够 情况以及软岩的特眭, 根据真实情况对其进行相对应的支护方案 。 由于 允许围岩一定范围内的变形 , 因此锚喷网支护十分符合软岩支护的要 软岩问题研究具有复杂 l 生以及地质的多样性 , 根据现状以及条件要求 求, 特别是一次支护性能的要求。在 目前的软岩巷道的支护方法中, 锚 在软岩巷道支护需要根据具体的围岩条件对其进行支护。我国存在着

软岩巷道支护问题探讨

软岩巷道支护问题探讨

是指 软岩 在工程 力 的作 用 下 , 常 表 现 为不 可逆 变 常 形 的现 象 ; 软岩 的膨胀 性 : ③ 是指软 岩在 物理 、 化学 、 力学等 因素 的作用 下 , 生体 积变化 的现象 ; 产 ④软 岩
的崩解 性 : 是指软 岩 在 物 理 、 学 、 学等 因素 的作 化 力
重 的底 鼓并 导致 两帮破 坏 , 顶板 冒落 。 ( ) 岩 巷 道 变 形 一 般 随 矿 井 深 度 加 大 而 增 3软
大 。不 同矿 区 、 同地 质 条 件 下都 存 在 一个 软化 临 不 界 深度 , 超过 临界 深 度 , 护 的难 度 明显 增 大 , 软 支 且
() 1 软岩 临 界 荷 载 。软 岩 的 蠕 变 试 验 表 明 , 当
软岩巷 道 的支护 原理 、 支护 方 法、 支护 原则进 行探 讨 。 关 键词 : 岩 ; 软 破坏 特 点 ; 巷道 支护
软 岩巷 道支护 一 直 是 矿业 工 程 的难题 , 着 矿 随 井开采 规模 的加 强 和 向纵 深 发展 , 岩巷 道 的支 护 软
的变 形状 态 , 变 曲线趋 于某 一变 形值 , 时间延 伸 蠕 随
而 不再 变化 ; 当所 施加 的荷 载大 于该荷 载水 平 时 , 岩 石 出现 明显 的塑性 变形 加 速 现 象 , 即产 生 不 稳 定 变
与维 护问题更 加 突 出 。 目前从 理 论 和实践 来 讲 , 软 岩巷道 的支 护大多 采 用 复 合支 护 形 式 , 何 在 软 岩 如 巷 道 中应 用好 这种 支 护 形式 , 疑具 有 很 大 的 研究 无
所施加 的荷 载小 于某 一 荷 载 水 平 时 , 岩石 处 于 稳 定
岩 巷道 变形在 不 同 的应 力 作 用 下 , 有 明显 的方 向 具

基于软岩支护技术的探讨

基于软岩支护技术的探讨
1 1 2 支 架 支 护 ..
然而是 P— u是何种位移 尚不清楚 。不论是支架 架设前 已完 成的位移 还是架设后 产生 的位移 ,都会导致 P— U曲线 解释的相 互矛盾,如将
P U曲线 理 解 为 来 源 于 弹 塑 性 模 型 的 推 导 结 果 ,则 由于 支 护 不 能 承 受 —
5 0年代~6 0年代 发展起来 的,受当时条件 的限制 .必然会 有某些 不 足之处 ,在 20年代 ~3 后的今天 ,我们 有责任给 予补 充和完善 。 0年
由于 难 以 理 解 , 导 致 了 认 识 的较 大 差 异 ,从 而 导 致 支 护 方 法 也 有 相 当 大 的不 同 ,一 般 对 上 述 5条 原 则 的 理解 是 利 用 P— u 曲线 来 说 明 ,
水 泥 药 卷 、 树 脂 药 卷 和 机 械 锚 固 。喷 射 混 凝 土 和 锚 杆 相 结 合 , 就 构 成 了一 般 软 岩 巷 道 的 基 本 支 护 形 。 1 1 4 联 合 支 护 ..
对于力学 性能差或环 境条件恶劣 的软岩工程 ,往 往采用联合支 护 的形式 。联合支 护是采用不 同性 能 的单 一支护的组合 结构 。在联合支 护 中,各 种 支护 各 自发 挥其 所 固有 的性 能 ,扬 长避 短 ,共 同作用 ,
时 岩 石 力 学 的发 展 水 平 ,2 2条 中 的 一 些 原 则 可 以用 力 学 原理 满 意 地 解 释 ,而 上 述 五 条 原 则 尚难 做 到 对 原 则 的 说 明仍 是 经验 性 的 。新 奥 法 是
【 关键词 】 隧道施工
1现 有 的软 岩 支 护技 术
11 岩 支 护 技 术 .软
云南 大理
6 10 70 0

软岩巷道施工与支护技术探讨

软岩巷道施工与支护技术探讨

施外 , 还要特 别注意 预防 围岩 的物理化 学效 应 , 防止围岩脱 水风干 。 因为 某些 软
岩经过 脱水风干后再遇水, 会出现更严重的膨胀和崩落。 软岩巷道的支护形式 :
砌碹 支护 , 锚杆 支护 , 锚 喷支 护 , 锚 网 喷支护 , 锚 索支 护 , 金属拱 形支 架支护 , 料 石 支护 , 钢筋 混 凝土支 护 , 还有 各类 支护 之 间的联 合支 护 。 3 圉岩 支护 的相 互作 用 所以我们要选择合适的支护特性曲线。 软岩巷道刚掘出时, 由于围岩应力
软 岩巷道 怎支 护是 个很棘 手的 问题 , 必须 根据具体 的工 程条件 进行 分析 , 确 定支护 方案 , 难 以在 此解决 你 的实 际问题 。总的来说 , 对于 软岩巷 道在 设计 时 应首 先合 理确 定断 面形 状 , 提高 围岩的 自身 承载 能力 , 可 以选 择 拱形 、 马 蹄 形, 底 鼓严重 的应 选择 圆形 或椭 圆形 。 设计 的断 面尺寸 应预 留变 形量 。 对 于埋 深 较浅 的软 岩巷道 , 可选择锚 喷或U型钢 支护 , 并坚持 新奥法 的支护 原则 , 注重 再次喷射混凝土的时机。对于大埋深的软岩巷道 , 应采用多种方式的联合支 护, 首先 采用柔 } 生 支 护, 过一 两个月 后压力得 到 了一 定程度 的缓解 , 然后再 进行 刚性支 护 以控制 变形 量 。 1 . 软岩 巷道 支 护的基 本 原则 不少 矿 区的软 岩巷道 由于支护 原则和支 护方法不 正确巷道 支架屡遭 损坏 , 巷道多 次翻修 而仍然很 难维护 , 本文 针对软岩 的基本属 性和软 岩巷道矿 压显现 规律 , 阐述软 岩巷 道支 护 的九条 基本 原则 , 即: ( 1 ) 根据 不 同的巷道 围岩压力 类 型选 用不 同的巷 道 维护方 法 , ( 2 ) 改善 围岩 的力 学性 质和 应力 分布 状态 , 提 高 围岩 的 自稳 能力 ; ( 3 ) 正确 选择 支护 的 刚度和 二 次支护 的 时间 , ( 4 ) 根据支架一 围岩的相互作用关系, 设计合理的巷道加固和支护系统, ( 5 ) 提高 支 架的 初撑 力 、 初期 增 阻速度 和工 作 阻力 ; ( 6 ) 加 强对 巷道 底板 的支护 , 重视 对巷道 围岩 的及时 封 闭 ; ( 7 ) 控 制巷 道 围岩 的超 挖 ; ( 8 ) 减少 震动对 围岩 稳 定性 的影 响 , ( 9 ) 实行 设计 、 施工、 监 测相结 合 的管理 方法 等 。 2 . 多种 支护 未 见成效 主要 原 因 软岩 巷道 围岩压 力具有 来速迅 猛 , 围岩 变形很 大 , 巷 道 四周 同时来压 和持 续流变 , 以及对水、 扰动等极其敏感等特征。 因此, 必须针对这些特征采取正确 的支 护原则 和措 施 。 并不 少矿 区软岩巷 道 由于支护 原则 和方法 不正 确 , 即使 采 用多 种形 式的 支护 , 但 未见 成效 , 其 主要 原 因有 以下几 点 : ( 1 ) 将复杂的变形压力视为单纯的松动压力; ( 2 ) 忽略了围岩变形有显著的时间效应, ( 3 ) 采用了以支撑围岩、 防止冒落为主要 目的的传统支护原则和支护方法, ( 4 ) 忽 略 了地应 力 的作用 , ( 5 ) 忽 视 了围岩 与支 架的 相互 影响和 共 同作用 等 。 因此 , 根据 不 同类型选 用不 同的航道 维护 方法 。 松软 岩层 存在三 种不 同的 围岩 压力 类 型 , 即松 动压 力 变形压 力 和膨 胀压 力 。 ( 1 ) 对松 动压力 可以采 用刚性 支护来支 撑 围岩 , 防止破碎岩 块 的垮 落 , 同时 必 须采 用各 种措 施加 固 围岩 , 提高 岩体 自身 强度 , ( 2 ) 变 形压 力是软 岩巷 道 的主要压 力 显现形 式 , 对于变 形压 力必 须根据 流 变特征 合理 的设计 支护 刚度 , 控 制支护 时 间和支护 施工 的顺序 , 既准许 围岩有 适当变 形 , 以有利 于能 量释放 , 又能将 变 形控 制在一 定 的范 围之 内 。 ( 3 ) 膨 胀压 力也 可看 作变 形压力 的一 种 , 除采 用与控 制变 形压 力相 同的措n a s c i e n c e a n d T e c h n o l o g y R e v i e w

浅谈煤矿软岩巷道支护措施

浅谈煤矿软岩巷道支护措施
3 00 mm。
的围岩变形量通常都高达数千毫米 , 其围岩的流变往往 持续数 年之久 , 导致巷道维护 十分 困难 针对软岩巷道矿压显 现的特 点, 本文针对 巷道 围岩的特性 , 提出 了相应 的控制巷道 围岩 变 形 的支护措施。 巷道 围岩变形是衡量软岩巷道 的矿压显现程度 和巷 道 维 护 状况 的重 要 指 标 之一 1 软 岩 的 基 本 属性 软岩的 1 0 种基本属性 为 : ( 1 ) 岩石强度低 , 单 向抗压强 度 般都在 3 0 — 1 5 MP a以下 ; ( 2 ) 大多属粘 聚力 很弱的泥质胶结 ; ( 3 ) 结构面发育 , 一般均属碎 裂和散体结构 ; ( 4 ) 岩石的空隙率 大, 通常都在 1 5 %以上 ; ( 5 ) 含水 率高 , 一般 5 %~ 1 0 %以上 , 空 隙

中图分类号: T D 3 5 3 文献标识码: A 文章编号 : 1 0 0 3 — 5 1 6 8 ( 2 0 1 3 ) 2 1 — 0 0 1 0 一 O l
软 岩 巷 道 围 岩 变形 的 特 征 为 掘 巷 、应 力 扰 动 和 环 境 变 化 都 会 引 起显 着 的 附加 变 形 量 。 软 岩 中因 掘 巷应 力 集 中而 引起 的 围岩 显 着 变 形 ; 支护 损 坏 和 失 效 等 支 护 阻 力丧 失 而 引起 的 围岩 急剧变形 ; 软岩巷道 附近掘巷和翻修等应力扰动而引起 的围岩 附加变形等。软岩巷道因应力扰动、 支护失效和水 的浸蚀 引起 异, 松 软 围 岩 的 自稳 时 间 通 常 为几 十 分 钟 到 十 几 小 时 , 有 的 顶 板 一 经暴 露 就 立 即 冒落 。因此 在决 定 巷 道 掘 进方 法 和 支 护措 施 时 必须 考 虑 到 巷 道 围岩 的 自稳 时 间 3 巷 道 围岩 变 形 量 的 构 成 在未经采动 的松软岩体 内开掘巷道 时 ,其 围岩变形量主 要 南以 下 三 部 分 组 成 : 掘 巷 引起 的 围 岩 变 形 量 . 它 一 般 发 生 在 巷道掘进的初期 ; 围岩流变 引起 的变形量 , 它在巷道整个 服务 期 内都会发生 ; 巷道受各类 扰动引起的变形量 , 如巷道 维护过 程 中, 支护阻力发生变化 , 巷道附近支架翻修或开掘新 的巷道 , 以及泥岩遇水和巷道积水增加等等。 4 控 制 软岩 巷 道 围岩 急剧 变形 的 支 护 措施 软岩巷道因应力扰 动 、支护失效和水的浸蚀引起的围岩 变形量通常都 高达数 千毫米 ,其 围岩的流变往往持续 数年之 久, 导 致 巷 道 维 护 十 分 困难 。针 对 软 岩 巷 道 围岩 变 形 规 律 及 支 架与围岩相互作用关系 , 提出了控制软岩巷道围岩变形的支护 措施为 : ( 1 ) 巷 道 刚 掘 出时 , 因 围岩 应 力 重新 分 布 所 引 起 的 围 岩 剧 烈变形 . 即围岩变形量构成 中的 , 即使 支护阻力很 高也 难以有 效抑制。因此 , 必须正确选择二次支护的时间及支护体的刚度 , 使掘巷期间的能量得 到释放 , 但支护滞后 的时间应在保持岩体 不失稳 的条件下 正确选择 。巷道二 次支护 的时间通 常为掘后 3 0 d左右 。如 采 用 一 次 支 护 , 则 这 一 阶段 支 架 的缩 量 约需 2 0 0 ~

软岩巷道掘进施工与支护技术探讨

软岩巷道掘进施工与支护技术探讨

进 行初 始支 护 时 , 应 严 格 根 据 围岩 和支 架 共 同作 用原理 , 合 理确 定 支 架 的 刚度 , 使 其 具 有 一 定 的柔 性 , 充 分发 挥 围岩 的 自承 能 力 , 从 而 可 以避 免 支 架 因受 到 加 大 的压应 力 而 造 成 的损 坏 。 目前 , 初 始 支 护 一 般 采 用 的是 锚 喷支护 。
3 . 1初 始 支护
由于软 岩巷 道 围岩 变 形 具 有 明显 的时 间效 应 , 因 此, 围岩 的 自稳 时 间一 般 是 比较 短 的 , 有 些 顶板 一 经 暴 露, 就会 出现 冒落现象 。影 响这 一 现 象 的 因素 主 要 有 : 第一 , 围岩暴 露 面 的形 状 和 范 围 ; 第二 , 岩 体 的 残余 强 度 以及原 岩应 力 。所 以 , 在进 行 巷 道 掘进 及 其 支 护 时 , 需要 充分 考虑 围岩 的 自稳 时 间。 2 . 2合 理布 置巷 道 的位 置 矿井 地 质 条 件 十 分 复 杂 , 地 质 构 造 多 种 多样 , 因 此, 在设计 矿 井巷 道时 , 应 着 眼全 局 , 具 体 实施 , 力 求在 技 术 可行 的基 础上 , 把 成 本 降低 到 最 少 。为 此 , 需 要在 以下 几个 方面 努力 : ①在进 行 巷 道 施 工 之 前 , 必 须 弄 清 楚 矿 井 的地 质 构 造情 况 以及水 文地 质 情 况 , 此外 , 还需 要 充 分 考虑 岩
2 . 3巷 道 断面形状 的选择
巷道 的断 面 形 状 对 巷 道 的稳 定 性 具 有 一 定 的 影 响 。而巷 道 断面形 状 的确定 则 需 要 考虑 以下 两方 面 的 因素 : 一 是原 岩应 力 的大小 ; 二是 原岩 应力 的方 向 。

软岩巷道支护施工存在的问题及控制对策

软岩巷道支护施工存在的问题及控制对策

软岩巷道支护施工存在的问题及控制对策软岩巷道支护一直是困扰煤矿安全生产的主要问题之一。

本文以水矿集团某煤矿巷道施工为工程背景,根据现场调研情况,分析了巷道支护施工中存在的主要问题,如巷道超挖严重、)锚杆孔位及预紧力与设计值相差过多等,并提出了相应的控制对策。

标签:软岩巷道;支护;施工0 引言软岩巷道支护一直是困扰煤矿安全生产的主要问题之一。

由于含有膨胀性粘土矿物,软岩遇水容易膨胀,导致整体强度降低、胶结程度差,巷道掘进和支护困难,早起的锚杆支护理论和技术适用于中硬、硬岩的围岩条件中,此时也已不在适用。

为解决此类问题,我国学者也开展了大量的研究和实践,如围岩强化技术体系、分布动态控制体系、让压支护技术体系等,其核心技术是采用高强预应力锚杆、锚索,配合U型棚、喷注浆等手段,实现围岩和支护体系的统一承载、动态控制,目前在理论和工艺方面都取得了良好的成绩。

但是再巷道支护施工过程中,仍然存在一些问题。

本文以水矿集团某矿为例,多名技术人员在掘进工作面跟班进行支护质量监测及矿压观测测站安装,根据现场调研统计情况,对巷道支护施工方面存在的问题进行了整理和分析,并提出了相应的控制对策,以期为巷道支护施工提供一定的借鉴。

1 巷道支护施工存在的主要问题根据调研情况,目前巷道支护施工主要存在以下问题:(1)巷道超挖严重,成形较差。

与设计巷道断面尺寸相比,最大超挖处超过500 mm,此巷道虽然为半煤岩巷,但因为巷道围岩松软破碎并存在煤岩互层,围岩揭露后短时间内即垮落,造成帮顶凹凸不平,护表材料和围岩存在架空区间,锚杆、锚索多有锚空现象。

(2)锚杆孔位及预紧力与设计值相差过多。

①设计要求锚杆孔必须垂直于岩面,但实际施工中多有钻机在同一个位置上连续打几个孔都不移位的现象,造成锚杆孔位与设计轴线相差过大,而锚杆螺母又没有采用调心垫,最后难以有效提高预紧力矩,要求锚杆孔与设计线差值不超过5度。

②施工设计要求帮锚杆预紧力矩不小于250 N·m,顶板锚杆不小于300 N·m,除钻机安装时拧紧后尚需要人工二次加扭,但根据安装的两个托锚力测站,帮顶部共计11块压力表,扭矩小于200 N·m,经测量初始预紧力介于1.1~17 kN远远达不到设计要求的60~80 kN。

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软岩及软岩巷道支护中一些问题的探讨摘要:我国软岩地区矿井分布广泛,随着矿井开采深度的增加,地应力加大,加之地质条件逐渐复杂,软岩巷道支护问题愈趋严重。

本文基于软岩的分类及软岩巷道判定方法,根据软岩巷道变形机制的3大类型,即物化膨胀型,应力扩容型和结构变形型,提出了目前的软岩巷道支护技术中的利用粉煤灰进行壁后充填技术、刚柔层支护技术、刚隙柔层支护技术、超前锚杆支护技术、锚网—锚索耦合支护技术及立体桁架支护技术方案。

关键词:软岩分类巷道支护变形机制技术
1引言
软岩问题从20世纪60年代就作为世界难题被提了出来,特别是软岩巷道支护,历年是巷道工程的难题。

软岩的类型是多种多样的,巷道穿过软岩的类型不同,其支护对象也不同,在软岩巷道支护前判定其支护对象和把握围岩支护难度是非常重要的。

我国有软岩的矿井分布很广,加之矿井开采深度的增加,地应力加大,原来巷道支护不太困难的矿井,也面临支护难的问题,加之地质条件逐渐复杂,软岩巷道支护问题愈趋严重。

软岩巷道支护研究应从工程地质分析岩层特性及其分类入手,弄清其变形力学机制及非线性变化规律,抓住支护技术的关键技术,实施有效的转化及巷道设计优化,取得成功的支护效果,本文基于软岩的分类、分析软岩巷道支护的变形机制,提出软岩巷道支护技术。

2软岩的分类及软岩巷道的判定
2.1 软岩分类
软岩分类是围岩分类的一种特殊情况,由于软岩工程特点和人们认识的软岩的出发点不同,国内外对软岩的分类方法有很多种,主要有以下几种观点。

2.1.1 普氏岩石分级法
最早给岩石进行系统分级的是俄国学者m.m.普罗托尼亚科诺夫于1907年提出来的,简称普氏分级法。

该法用岩石坚固性系数f
来分类围岩,f值等于岩石的单向抗压强度除以10,f也称为普氏系数。

在50~60年代,我国各地下工程部门,包括各类矿山,基本上按坚固性进行岩石分级。

坚固性系数是指岩石间相对的坚固性在数量上的表现,它最重要的性质在于不问是何种抗力,以及这种抗力是如何引起的,而给予岩石相互之间进行比较的可能性。

在普氏岩石分级法将岩石分为x级,其中的第ⅵ和级定为相当软的岩石,我国许多矿山的科技工作者也认同f100﹪为剧烈膨胀性岩石。

2.2 生产中软岩巷道界限的确定
目前对软岩巷道界限确定从以下几个方面判定。

(1)按岩石的坚固程度性判别。

在地质柱状图中,如果巷道穿过的岩层的普氏系数f经过多年来对软岩巷道支护工程实践,结合其变形力学机制,目前我国采用的支护技术有以下几种。

3.1 利用粉煤灰进行壁后充填技术
西安科技大学的黄庆享、余学义教授等,针对白皎煤矿砌碹巷
道开展了研究,指出了巷道破坏的机理是围岩大变形过程中碹体与围岩不均匀接触造成破坏,最后提出了利用粉煤灰进行壁后充填来改善支护结构与围岩接触条件的措施,取得了一定的效果。

这种支护技术是针对已有的砌碹支护的改善。

3.2刚性层(rfl)支护技术
预留刚柔层支护技术是何满潮教授开发的拥有国家发明专利的技术,是利用软岩的特点,在支护体内设置一种刚柔层,使其具有足够的柔度来适应软岩巷道的大变形,在一定时刻具有足够的刚度来限制软岩的破坏变形,使支护体的刚度与围岩的刚度达到基本匹配或完全匹配,以来释放围岩变形能,从而达到支护经济安全的方法。

它特别适用于软岩巷道变形机制中的物化膨胀型,对于具有大变形、大地压、难支护的蒙脱石型软岩巷道的支护,效果很好。

3.3刚隙柔层(rgfl)支护技术
预留刚隙柔层支护技术,是在支护体内设置刚性层和柔性层,两者之间留有一定间隙,成刚性柔层,使其能具有充分的柔度和间隙来适应软岩大变形,又在一定时刻具有充分的限制围岩的有害变形。

它是一种高应力转化最多,围岩强度保护最好的支护技术。

它基本是用于结构变形型的软岩巷道,对于可以喷山混凝土的软岩巷道也可以使用该技术。

3.4 超前锚杆支护技术
超前锚杆支护技术,在节理发育、破碎岩体的巷道施工中,它是一种新兴的支护结构,是解决松软破碎岩石巷道施工的一种值得
推广的方法。

在巷道未开拓前,预先向破碎体内部打入多个锚杆,通过锚杆的锚固作用,让自身形成了一个有一定强度和刚度的块体(梁),使块体内部的破碎岩层不产生或产生较小的离层,防止了破碎岩体的风化和开裂扩展,使整个块体自身达到稳定状态;再让破碎岩石块体通过超前锚杆锚固力作用与直接顶或老顶形成一个整体,从而发挥了增强岩体自承能力,达到支护的目的,其作用是对开挖面前方的围岩进行预先加固补强,从而防止围岩在开挖后坍塌。

在实际应用中,采用超前锚杆支护技术能顺利通过松散、破碎带或土砂质地层,可以用于软岩巷道变形力学机制中的物化膨胀型和应力扩容型复合机制。

3.5 锚网—锚索耦合的二次支护技术
软岩巷道具有大变形、大地压、难支护的特点。

根据软岩巷道的特性,巷道支护一般需分次进行。

锚网—锚索耦合支护技术,是在在巷道开挖,围岩暴露后,立即进行一次支护,及时封闭围岩,使围岩尽可能减少其强度损失,防止有害的松散状态发生,然后在巷道围岩剧烈变形阶段结束或临近结束的时间段里,在关键部位施加锚索进行二次支护,能够在充分释放围岩变形能的基础上,实现锚索与锚网和围岩之间的最佳时空耦合。

该支护技术适用于软岩变形机制转化后的应力扩容型。

3.6立体桁架支护
立体桁架支护技术是针对高度集中的硐室交叉部位,而采取的整体性、高强度支护,具有把支护体抗弯、抗扭的部位,通过设计
优化为抗拉、抗压或抗剪的性能。

在该支护设计中,必须将骨架和混凝土刚度设计的耦合匹配,既要注意强度设计,也十分重视刚度设计。

研究表明,在大断面的煤巷施工中,在高强度的顶板支护下,层间的滑动易导致横向抗力增大,是巷道失稳的主要原因;采用短节工字钢托梁作为拉杆和锚索形成立体桁架支护,能够有效提高顶板和墙体的承压能力和整体性,软岩巷道变形机制中的应力扩容型可以采用该支护技术。

软岩巷道围岩并非具有单一的变形力学机制,而是同时具有多种变形力学机制即复合型变形机制,因此,要想有效地进行软岩巷道支护,单一的支护方法是难以奏效的,必须采取结合一定的优化设计技术,再把以上六种支护技术联合起来支护的方法。

4 结语
本文基于软岩的基本和了软岩巷道类型的判别方法,结合软岩巷道变形机制的类型,提出目前常用的支护技术。

参考文献:
[1]何满潮.软岩的概念、分类及支护对策[j].峰煤科技,1992
[2]董方庭.“巷道围岩松动圈理论”[j],《煤炭学报》1994年第一期
[3]薛顺勋,聂光国,姜光杰,刘银志,周显台.软岩巷道支护技术指南[m].北京:煤炭工业出版社,2001
[4]何满潮,景海涛,孙晓明.软岩工程力学[m].北京:科学出版社,2005。

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