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煤矿软岩支护技术探讨

时间:2022-07-16 02:41:44

煤矿软岩支护技术探讨

煤矿软岩支护技术探讨:浅谈煤矿开采软岩巷道支护技术问题

【摘 要】近年来,随着矿山开采条件的日益复杂,所涉及的工程领域越来越多,我国的许多矿区,目前都存在着软岩巷道支护困难问题,并成为影响矿区发展和矿井经济技术效益的主要因素之一。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。加之开采条件愈趋复杂,给巷道的掘进与维护带来了很多的困难。在开掘过程中,由于围岩的变形、位移、膨胀,使巷道掘进速度减慢,每天仅能完成几米。巷道竣工不久,支护受到严重破坏,某些矿的掘砌成本高达每米几千元,甚至上万元,是稳定围岩中同类巷道的3~4倍而且维修困难。

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;

(4)树立综合治理、联合支护、长期监控的支护思想体系。

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。然而,现代岩石力学揭示,岩石破裂后具有残余强度,松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力,围岩既是支护压力的根源,又是抵抗平衡原岩应力的承载体,而且是主要的承载结构体。支护的作用在于维护和提高松动围岩的残余强度,充分发挥围岩的承载能力。因而,在松软岩巷道支护中,要遵循以下几方面原则:

(1)维护和保持围岩的残余强度原则;

(2)提高围岩残余强度的原则;

(3)充分发挥围岩的承载能力的原则。

4 软岩巷道支护结构的选择

根据软岩的不同类型、位移、压力及使用条件等情况,软岩支护结构有传统支护、锚喷支护以及两者组合的混合支护、缓冲支护、让压支护等多种支护结构。由于各矿区松软岩层的地质条件及围岩条件的复杂性和随机性,目前尚无公认的理论计算方法。

所以必须从软岩巷道支护工程的实际情况出发,应因地制宜选择使用,使其在技术上、经济上更加合理。

4.1 砌碹封闭式支护

采用圆形、椭圆形、马蹄形等合理巷道断面形状与其相应的料石和混凝土块砌碹封闭支护。

此种传统的刚性支护结构,适用于浅部、位移及压力不大的膨胀性软岩巷道。碹的壁后充填软矸或砂。云南省田坝煤矿二号井煤建公司矿建处施工队采用生石灰、山砂、炉灰渣配比成的壁后充填柔性材料,经实际应用其支护效果较好。

4.2 圆碹加砌木砖封闭式支护

这种支护结构与砌碹封闭式支护的区别是在料石和混凝土砌块之间均匀地加砌一定数量的木砖,使砌碹刚性支护形成一定的可缩量,增加了适应围岩变形的可缩性能,每块木砖厚一般为20~50 mm,当围岩的压力越大、变形量越大时,所需木砖的块数就越多,木砖的厚度也就越大。

由于木砖受压收缩,当围岩反力作用在圆碹上,碹体作用在木砖上,碹体压力超过木砖的抗压极限强度时,木砖收缩,圆碹和围岩一起内移。显然,加木砖的圆碹支护改善了砌碹刚性支护的刚度,增加了软岩的适应范围,但木砖防腐耐久性差,只适用于服务年限不长,且不重要的软岩巷道。

4.3 条带碹支护

在松软、膨胀软岩中,采用圆碹加砌木砖仍不能满足释放较大能量的要求时,就可采用条带碹,这也是解决软岩支护问题的途径之一。条带碹就是用料石或混凝土砌筑成一定长度的支护碹体,称之为“条带”,条带与条带之间留有一定宽度的空隙,称为“卸压通道”,通道让顶、帮围岩暴露,允许围岩向巷道空间方向挤出,起到能量或应力释放的作用,为围岩变形提供机会,以减轻对碹体的压力。

4.4 离壁碹支护

离壁碹支护就是碹体和支架离开围岩顶板及两帮有一定距离的一种支护形式。离壁尺寸取决于围岩释放能量的大小,围岩释放能量大,变形量也大,离壁的尺寸也大。离壁碹之所以能支护软岩巷道并稳定下来,就是它留出释放能量的变形空间,让围岩变形。离壁碹支护适应于围岩释放能量较大的软岩巷道。

4.5 可缩性U型钢支护

U型钢支护有多种结构形式,根据巷道断面尺寸的不同分为4节、5节、6节等不同类型。一般常用18#~36#U型钢制做,节与节之间搭接长度300~400 mm,用卡箍、螺栓或钢楔锁紧装置来获得摩擦接头阻力。当围岩变形压力超过U型钢接头摩擦阻力时,U型钢接头发生收缩,围岩释放能量,巷道断面收敛减小,形变压力降低,U型钢支架停止收缩。当围岩变形压力再次超过接头阻力时,支架将再次重复上述过程,直到围岩和支架达到稳定时为止。

4.6 置换支护

这种支护的实质是将软岩多挖出一定深度,用高强度材料(混凝土、碎石、矿渣和砂子等)置换,然后再进行支护,使软岩的位移压力得到控制,获得较好的支护效果。置换支护有两种基本形式:当软岩只占巷道断面的一部分时,采用局部置换支护;当全断面位于软岩之中时,采用全部置换支护。

5 结语

(1)软岩巷道支护问题是很复杂的,不能不分时间、不分地点、不分围岩、不分深浅一样看待,必须全面、系统地从多方面改善支护状况。一是,尽可能将服务年限长的巷道布置在比较稳定的围岩中,应尽量避免采动压力的影响;二是,提高施工质量,优化施工工艺,尽量缩短掘与支之间的间隔时间,避免用水和湿气通风,采用减震光面爆破快速施工;三是,要全面考虑围岩构造的膨胀特性、抗压强度、泊桑系数、赋存深度、采动压力等因素,合理选择最经济的支护结构。

(2)对于强膨胀的软岩巷道,特别是受构造应力与膨胀力综合影响的巷道,选用一般联合支护、U型钢可缩性支架是不能使巷道保持稳定的,因此,必须考虑二次支护。

煤矿软岩支护技术探讨:煤矿巷道软岩工程的特点及其支护技术

摘 要:近年来,随着煤矿开采深度的增加,许多原来软岩很少的矿区,矿区深部巷道工程均呈现出软岩工程特征。本文首先简要介绍了煤矿巷道软岩工程的特点,然后介绍了煤矿软岩工程联合支护技术在,最后谈谈锚注技术在开滦东欢坨矿的应用情况。

关键词:软岩工程 支护技术 煤矿

软岩工程支护是当前煤矿安全重要问题之一,软岩引起的矿山井巷的破坏现象非常普遍,严重影响着煤矿生产安全、效率及效益的提高。软岩工程的稳定与支护技术密不可分,目前矿山软岩巷道已由过去单一的支护形式,逐步发展为各种多次支护和联合支护形式

1 煤矿巷道软岩工程的特点

地下工程是在岩石或者土体中开挖构筑的结构,所处的环境和受力条件与地面工程有很大不同,因此沿用地面工程的设计理论和方法来解决地下工程问题,显然不能正确地处理地下工程中出现的各种力学现象,当然也不可能由此作出合理的支护设计。与地面工程相比,地下工程在很多方面具有完全不同的受力特点。

由于煤炭资源开发的不可选择性,随着对煤炭大面积的开采,不断地破坏地应力的平衡状态,同时由于煤系地层的赋存条件、沉积环境以及地质构造等的影响,煤矿软岩问题不可避免。煤矿的开采深度目前多在500~600 m,超过1000 mm的矿井也越来越多,有些矿井在浅部开采时软岩问题并不明显,但是到深部以后,地应力大、动压作用明显。煤矿软岩组分中含有大量的膨胀性矿物,围岩软,岩石强度低,易风干脱水而产生塑性流变,尤其易遇水变形、崩解、膨胀。隧道工程一般服务年限可达百年以上,而煤矿不同用途的巷道与硐室,其服务年限不同,但通常要短于隧道工程,软岩巷道有明显的时限性。

2 煤矿软岩工程联合支护技术

在软岩巷道支护方面,由过去单一的被动支护形式逐步发展形成了各种系列支护技术。如锚喷、锚网喷、锚喷网架、锚喷网架注系列技术,U型钢支护系列技术,注浆加固和预应力锚索支护系列技术,这些技术中的一个突出的特点就是联合支护技术的开发与应用。

2.1 联合支护技术特点

联合支护系指采用多种不同性能的单一支护的组合结构,即在联合支护中各自充分发挥其所固有的性能,扬长避短,共同作用,以适应围岩变形的要求,最终达到围岩和巷道稳定的目的。联合支护必须是多种独立的支护方法的组合,如锚喷和U型钢支架的联合、锚喷和弧板的联合等。联合支护是生产建设过程中的产物。如原设计采用碹体支护,在建设过程中经常翻修且翻修量过大,为保证安全,在碹体内喷一层混凝土,效果极好。由于我国使用U型钢支架的背板、拉杆都不配套,故帮顶松动冒落现象非常突出,导致U型钢支架失效。为保证巷道安全,现场常采取喷射混凝土的办法将U型钢支架作为钢支撑置于喷层内,结果巷道围岩稳定,达到了联合支护的目的。

2.2 软岩联合支护的形式

联合支护的形式主要有以下几种:(1)各种锚杆支护的联合锚杆在巷道支护中的作用是不同的,可分为超前锚杆、围壁插筋锚杆、径向加固锚杆,还有加固顶板的桁架锚杆等。各种锚杆优选组合是最积极、最实用、最有效的方法。(2)锚喷支护与U型钢支架联合锚喷支护与U型钢支架联合最方便,效果也是比较好的,只要经济上允许,通常应优先采用。但必须先锚喷后支架,这样才能提高支护效果并便于回收支架。如先支后锚喷则不仅钢材全部消耗掉,而且喷层强度也会受影响。这种方式要消耗大量优质钢材,成本较高,局部使用。(3)锚喷支护与砌体支护的联合锚砌联合中砌体包括料石、混凝土砌块以及钢筋混凝土弧板等。这种联合支护壁后充填非常重要,否则达不到预期效果。(4)锚喷、锚注与U型钢联合支护即在锚喷支护与U型钢支架联合支护的基础上注浆以加固围岩。(5)“三锚”耦合支护即同时使用锚杆、锚索和锚注技术,在大松动圈软岩巷道中,利用锚杆的挤压成拱(即组合拱)、锚索的悬吊和减跨、锚注的通过提高岩体粘聚力及摩擦角来提高岩体的抗剪强度来进行联合支护,这种方法称为“三锚”耦合支护。“三锚”耦合支护要注意三种支护方式的不同作用机理,在设计施工中要注意施工的先后顺序和时机,以达到最佳耦合效果。

近年来,以锚杆、锚索和锚注为主的“三锚”支护是联合支护的典型代表,它已经成为深部矿井软岩巷道支护的重要技术,其独特的优点是,不仅主动加固围岩,而且能把深部围岩强度调动起来,和浅部支护岩体共同作用,控制巷道稳定性,这将是软岩巷道支护的主流发展方向。软岩工程支护理论与技术近年来,以锚杆、锚索和锚注为主的“三锚”支护是联合支护的典型代表,它已经成为深部矿井软岩巷道支护的重要技术,其独特的优点是,不仅主动加固围岩,而且能把深部围岩强度调动起来,和浅部支护岩体共同作用,控制巷道稳定性,这将是软岩巷道支护的主流发展方向。

3 锚注技术应用

东欢坨矿业公司,从2006年开始,与淮北市平远软岩支护工程技术有限公司合作,利用锚注技术,进行软岩巷道治理及复杂条件下巷道施工,共治理巷道150 m,施工巷道25 m,达到了预期效果,具体工程如下。

2006年,-500北一大巷治理巷道143 m(包括交岔点一个,最大跨度10 m),规格4.8×3.1 m,经过近两年的使用,巷道无变形,无漏水,经观测,巷道变形量小于50 mm。2007年10月,-480皮带巷过F2’断层,利用该技术,共施工巷道23.2 m,规格5.9×4.9 m,仅用3个月时间,便顺利通过F2’断层。该技术的成功应用,为复杂条件下过断层探索了一条新的施工途径。比起其他的施工方法,工期短,造价低,便于操作,可靠性强。经过近一年的观测,巷道变形量小于20 mm,满足了工程需要。

利用该技术治理巷道,经济效益显著,每年减少巷道套修一次,150×0.3=45万元。过F2’断层同管棚技术施工相比节省资金350万元。更主要的是加快了工程衔接,改善了井下作业环境,保障了安全生产,具有较强的社会效益和经济效益。

煤矿软岩支护技术探讨:一平浪煤矿矿区软岩巷道锚喷支护施工技术应用探析

【摘 要】在软岩巷道采用锚喷支护,能够提高支护结构的整体性,保证围岩的稳定性,有效控制巷道变形。

【关键词】软岩巷道;锚喷支护;施工

1 地质概况

一平浪煤矿煤田生成于新生代第三纪新生界上三叠系,下伏地层为白垩系或前震旦系,均为不整合接触。整个矿区煤系地层全被第四系覆盖,煤系地层划为上三叠系普家村组、上三叠系干海资组、上三叠系舍资组和朱罗系禄丰群,总厚度500~1476m。顶底板均属松软岩体,岩石具有易风化、遇水膨胀、变形量大、变形速度快、持续时间长、压力大等特点。

2 锚喷支护参数的确定

软岩巷道锚喷支护的理论根据是组合拱理论,即通过锚杆的锚固作用,使围岩松动圈内的岩体形成一个组合拱来承载上部围岩的压力,阻止本身的移动和脱落。因此,要求锚喷支护所确定的各种参数都应保证围岩能够形成一个完好的、具有较大承载能力的组合拱。

2.1 锚杆类型的选择

根据软岩巷道围岩特点及支护经验,选择的锚杆必须具有较大的锚固力和可拉伸量。经过对各种锚杆实际拉力实验,选择快硬膨胀水泥锚杆。

3 锚喷巷道的施工工艺

(1)采用光面爆破开凿巷道断面。

(2)打锚眼,安装锚杆。锚杆眼和围岩垂直,深度比锚杆短50~100mm,锚固卷浸水12s,捣实为止。

(3)挂网。挂网时从巷道顶板开始,边挂网边上托板,然后拧紧锚杆螺母,使托板紧贴围岩。控制围岩在较小的范围内变形,达到稳定。

(4)喷浆、封闭围岩。如果围岩不过分破碎和风化,可一、二个循环喷浆一次,如果过于破碎,喷浆要在放炮后进行一次。再安装锚杆、挂网。待下一循环喷浆时,再补喷。

4 锚喷巷道围岩活动规律

4.1 围岩的变形移近量

从测得的数据得出,围岩在可拉伸水泥锚杆的支护条件下,从开凿形成稳定的组合拱,在水平方向的变形移近量为31mm。1m深处的围岩移近了17mm,1.5m深移近了10mm。围岩在垂直方向上的最大变形量为37mm。1m深处的围岩为23mm,1.5m深处的围岩移近量16mm,2m深点为2mm。

4.2 围岩的变形

围岩的变形基本上在30d内完成,而前15d的变形最大,变形量约占总变形量的60~70%。在没有动压影响的情况下,围岩的变形稳定时问一般为50d。1m深处的围岩为40d。围岩的稳定是从围岩深部到围岩表面逐渐完成的。

5 快硬膨胀可拉伸锚杆支护效果评估

5.1 锚杆的受力状态分析

快硬膨胀可拉伸水泥锚杆属于端头锚固,它是用快硬膨胀水泥把锚杆的一端固定在较稳定的岩层之中,另一端为托板托锚围岩,以此来控制围岩的变形移动,承载着围岩变形所释放的应力。锚杆所具有的锚固力P是锚杆承受围岩释放应力的极限值。当锚杆的托锚力P2和围岩变形释放的应力P1平衡时,就使围岩组成的组合拱处于稳定状态。当P1>P2时,锚杆通过自身的调节,有约束地让压后,使P1、P2又重新达到平衡,使围岩又重新达到稳定。当P1值达到和P值相等时。锚杆支护处于极限状态,如果围岩仍不稳定,还要变形,对外释放应力,则将导致锚杆失效,即锚杆的锚固力不能满足软岩巷道的支护要求.就要发生冒顶和围岩脱落事故,说明巷道采用快硬膨胀可拉伸水泥锚杆支护的方式不合理。

5.2 支护效果

综合上述分析,通过对不同的锚喷支护巷道的锚杆实际受力情况测试,锚杆的实际受力一般只在3~5kN,没有达到6kN。但在个别巷道中的个别巷道,如某四井溜子道,有些锚杆受力已将普通凸型托板压碎。经实验数据分析,这部分锚杆的受力已接近8kN,巷道没有发生冒顶和围岩脱落现象。由以上工程实例可以证明,快硬膨胀可拉伸水泥锚杆所提供的锚固力完全能够满足围岩释放应力的要求,可以起到良好的支护效果。

5.3 锚杆的柔性分析

快硬膨胀可拉伸水泥锚杆在受到较大的作用力后,随着受力增加,具有一定的可拉伸量。在不同的受力情况下,不同装配形式的锚杆可拉伸量遵循着锚杆所设计的拉伸量。某二井+130m西翼大巷围岩在垂直方向变形37mm后,即达到了稳定状态,证明所选用的锚杆合理,从工程实例中观测,快硬膨胀可拉伸水泥铺杆的可拉伸量足以满足围岩变形的要求。

5.4 喷浆的作用

喷浆可防止围岩风化,阻止围岩裂隙的发展和次生裂隙产生,从而提高围岩的内聚力和整体性。在实际工程中,如某二井+130m西翼石门,因没有及时喷浆,围岩风化受潮后,迅速膨胀,潮解的围岩从菱形网的网孔中挤出,锚杆受力增大,围岩变形较大。而及时喷浆的巷道,有效地阻止了围岩的风化和水的浸蚀,减小了锚杆的受力和围岩的变形量。而在砂浆中加入10%的膨胀剂后,提高了喷层的抗压、抗剪强度和喷层的密度,可以对围岩产生一个较大的支护抗力。这个支护抗力达0.09MPa。采用二次喷浆的方法,有效地防止了围岩变形对喷层的破坏。

6结论

(1)根据软岩的特点、组合拱理论和松动厚度,所选择的锚喷支护参数是正确的、合理的、可行的。选择锚杆的类型,必须适应软岩的特点。确定锚杆的长度,必须按照组合拱理论进行。用增加锚杆柔性的方法.适应围岩变形压力和变形量大的特点。

(2)按照组合拱理论,选用锚喷加网的支护形式,是软岩巷道继U型钢支护之后的又一合理的支护形式。对于围岩较稳定的砂岩软岩巷道,按照悬吊或者组合拱理论设计锚喷支护参数即可满足支护要求。

(3)锚喷巷道必须严格地控制围岩松动圈厚度。采用光面爆破技术,放炮后及时喷浆。及时安锚杆,都可以有效地控制围岩松动圈的厚度,保证围岩的整体性和组合拱的支撑强度。

(4)快硬膨胀可拉伸水泥锚杆具有较大的锚固力和可拉伸量,适合于软岩巷道支护特点。一年多的使用证明,软岩巷道锚喷支护具有同U型钢相同的支护效果。但锚喷支护能减小巷道变形。提高巷道的稳定性和保持使用断面,降低支护成本。因此,软岩巷道锚喷支护比U型钢支护更具有推广价值。

煤矿软岩支护技术探讨:煤矿软岩支护技术研究

摘要:软岩巷道的支护一直是困扰我国煤矿的难题。本文主要对软岩巷道支护技术进行了摊探讨。介绍了软岩分类及特性、软岩支护理论与技术、软岩巷道支护设计应注意的几个问题。随着深部矿井的开采,巷道支护难度增大,围岩稳定性变差,顶板跨落、底鼓严重,结合某矿具体地质条件,采用锚网喷支护、锚索加强支护、滞后注浆联合支护形式,为该矿区巷道支护提供了新验。针对柳海矿区煤系地层软岩强度低,变形快等特点,提出了软岩巷道破坏的主要原因规律和治理经验。

关键词:软岩;支护技术;底鼓 ;高应力 ;联合支护

0引言

随着我国煤炭资源的日益减少,大中型矿井的开发逐渐向深层及海域发展,而随着开采深度及广度的增加,处于成岩松软强度低易风化 潮解遇水膨胀的软岩巷道,在高应力地压的作用下,稳定性变的极差,支护更加困难,给安全生产带来了前所未有的严峻考验使煤炭开采成本不断增加,严重阻碍了我国煤矿工业的生产建设和发展,因此探索一套切实可行解决软岩治理难题的新途径。

1软岩分类及特性

软岩是指在工程力作用下,能够产生显著变形的工程岩体。由于是非均质、非连续的岩体,具有复杂的变形力学机制,并具有大变大地压、难支护的特点。随着矿井开采深度的增加,原来很少有软矿井,现在逐步呈现软岩特征,某些岩层首先进入软岩状态。软岩巷道的维护问题一直困扰着我国煤矿的生产和建设。随着采深的增加,地应力增大,煤矿软岩巷道的支护更加困难。我国很多地区都是典软岩矿区,都出现了软岩巷道支护设计困难的情况。[1]

2软岩支护理论与技术

2.1 新奥法

新奥法为新奥地利隧道施工法,国际上称为NATM。20世纪70年代传入我国。在铁路、水电、煤矿等工程领域推广应用。新奥法的概念是接岩石力学围岩支架共同作用的基本原则制定的。其主要意图是调动围岩自身的承载能力。尽可能地控制围岩变形,防止围岩松动。以达到施工最大安全度和最好的经济效果。新奥法主要内容有:围岩与支护共同发挥承载的作用;初始支护应采用柔性结构;建立二次支护的概念;调整支护参数和重视涌水处理等。[2]

2.2 二次支护理论

实践表明,在高应力、膨胀性软岩巷道用一次支护,特别是使用强刚性支护均不可行。包括双料石碹,600mm厚的钢筋混凝土支护等等.原因是它们都不适应软岩初期大变形的特点。由此一次支护主要是提高围岩自身承载能力。保证巷道在安全的条件下允许围岩在控制下释压变形,以适应软岩的变形力学机制。为了保证巷道的较长时间的稳定和服务期的安全,在围岩变形稳定后必须进行二次支护。给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。

2.3锚喷网支护

锚喷网支护是目前软岩巷道有效且实用的支护形式,锚喷网支护具有以下优点与作用:喷射混凝土能及时封闭围岩和隔离水、风对围岩的破坏,减少膨胀泥化剥落的条件;锚杆能实现主动支护加固围岩,提高围岩自身承载能力和围岩一起形成一个加固圈,网不仅可以支承锚杆之间围岩,同时将单个锚杆连结成整体锚杆群,和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。锚喷网总体和围岩共同形成一个支承圈共同支承围岩,保持巷道稳定。锚喷网支护允许围岩有一定变形,所以锚喷支护的性能十分符合软岩对支护的要求。特别是一次支护性能的要求。锚喷网支护是目前软岩巷道有效、经济、实用的支护形式。

3软岩巷道的治理

3.1掘进

由于软岩的遇水易泥化膨胀的特性,钻眼采用干式钻眼法,以控制围岩的膨胀变形,消除膨胀压力,也可以有效的防止底鼓的发生;爆破法掘进巷道,在围岩中产生爆破震动,甚至形成炮震裂缝,周边围岩常因凹凸不平而加剧应力集中,从而加速了围岩的松动破坏,造成过大的围岩压力,尤其对地质条件较差的围岩影响更为严重因此,在爆破施工中采用浅眼光爆技术,打浅眼,少装药,放小炮,毫秒爆破,减小震动波对围岩的扰动,使巷道软岩具有一定的自稳时间,并能迅速转入支护工作对于松散破碎较严重的岩层,如不能采用全断面放炮掘进时,应采用只放掏心炮然后用风镐扩刷的掘进方法,加强巷道的成型管理和顶板管理,防止围岩因冒落片帮而失稳,从而产生应力集中现象。

3.2锚网喷

巷道掘刷成型后,尽快喷浆封闭围岩,巷道围岩曝露时间越长,围岩松动愈往深处发展,围岩应力就越大,易风化的围岩更是如此 及时封闭不仅能保持围岩的原岩状态,而且能防止围岩表面被水软化,对易风化的岩层还能起到防止风化的作用及时锚网喷支护锚网喷结构直接接触围岩,及时锚网喷可以在巷道发生破坏前限制围岩的变形与位移,改变其应力状态,提高岩体的强度,使围岩不进入松动状态,充分发挥岩体自己支护自己的能力,使其较快向稳定状态转化原岩应力状态经历了从平衡到不平衡到新平衡的变化过程,锚网喷积极参与了这个应力变化的全过程,使围岩在新的应力平衡条件下处于稳定状态。

3.3施打锚索

锚索采用长度8米的钢绞线锚索,因为锚索较长,可以锚固在巷道松动圈以外较稳定的岩层中,锚固力比锚杆更大,使原来由锚杆支护形成的承载圈更大,增强了围岩的自身稳定性,起到了悬吊作用,及对锚网喷支护和围岩的补强加固作用。

4巷道基本地质条件

煤矿巷道埋深608m,顶、底板岩性为,煤层,煤层厚度变化小,平均6.0m;煤层强度中等。煤层直接顶为2.0m的砂质泥岩;老顶为厚度8~10m的中粗粒砂岩,岩性好,强度较高。煤层直接底为1.5m的砂质泥岩;直接底下部为厚度2.0m的泥岩见图1。

泥岩和砂质泥岩吸水后强度明显降低,泥岩干燥状态下抗压强度24~30MPa,吸水后3.9~12.8MPa,砂质泥岩干燥状态下强度13~36MPa,吸水后6~24MPa。

5巷道破坏特征及原因分析

5.1巷道破坏特征

在该矿地质条件下,面临深部开采引起的巷道位移量大、返修剧增、巷道维护困难等一系列问题。根据现场矿压观测,该矿巷道出现的矿压显现特征为:巷道变形量大,变形速度快,顶底板总变形量1.2~1.8m,变形速度达10~39mm/d;掘进20d后表面水平移近速度才小于10mm/d,之后移近速度比较小,但仍然保持在2.0 mm/d左右。其中底鼓量占巷道总变形量的65%~75%,岩体中的应变随时间逐渐增长,并不趋近于某一稳定值,达到某一阶段应变率会急剧增加,最后导致破坏。

5. 2巷道破坏原因分析

5.2.1巷道底板无支护或支护强度不够,导致巷道岩体流变难以得到控制。流变性围岩体巷道要求巷道进行全断面支护,避免底板出现围岩体的粘性流动通道。由于底板积水和耙斗机装岩的作用,底板岩体强度弱化较严重。底板流变极易发展,并导致巷道两帮整体移动,帮、顶支护强度也难以发挥有效作用。[3]

5.2.2锚杆没有发挥有效作用。从现场安置的2个锚杆测力计观测结果知,锚杆实际工作阻力均为2.0MPa×0.55t/MPa=1.1 t,锚杆基本没有发挥作用。在其它矿区大变形巷道进行的锚杆工作阻力测试结果,同样存在锚杆工作偏低,没有起到控制围岩稳定的作用。

5.2.3混凝土喷层和围岩体变形不匹配,导致提前破坏;和锚杆没有起到共同支护作用,并导致锚杆工作阻力损失。围岩体力学性质相对较弱的深井巷道,巷道初期产生一定的变形是塑性区形成、围岩应力峰值向深部转移的必然过程;也是锚杆工作阻力迅速增加,锚杆发挥作用、减少巷道变形速度的过程。

6结语

软岩巷道支护是一个复杂而又细致的二作,要针对围岩情况,软岩的特性,因地制宜地对症下药,软岩支护的困难是可以解决的。同时要改变传统的硬岩支护理念,正确理解和应用软岩立护理论,把软岩巷道支护技术大胆地应用到实践中去。