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标题 深部软岩巷道支护技术研究
范文

    

    

    摘要:随着煤矿开采深度的不断增加,巷道在高应力的复杂力学环境中,围岩松软破碎,巷道变形量大,难以控制,给矿井安全生产提出了更高的要求。通过研究深部高应力软岩巷道的变形特征及最佳支护时段,改变传统单一支护的局限性,提出了软岩巷道的联合支护技术,能够有效的控制围岩变形,提高巷道的稳定性,保障煤矿安全生产。

    关键词:深部;高应力;软岩;最佳支护时段;联合支护

    中图分类号:TD35

    随着煤炭行业不断发展,浅部煤炭资源日益减少,煤炭开采深度不断增加,矿井逐渐进入深部资源开采阶段。随着开采深度增加,巷道围岩在“三高一扰动”的复杂力学环境下,巷道表现出底臌严重、两帮移近量大,支护困难,给深部应力软岩巷道支护提出了严峻的挑战。[1-2]目前,深部软岩工程已经成为国内外研究的重点领域。研究软岩巷道支护技术,最佳支护时段,对控制巷道变形,保证矿井安全生产,开采深部煤炭资源的具有重要意义。[3]

    1 软岩巷道特征

    根据围岩松动圈理论,巷道开挖破坏了原应力状态,造成围岩应力场重新分布,在其周围形成破碎区、塑性区和原岩应力区,区域大小与围岩岩性及巷道断面大小有关。深部高应力软岩巷道开挖,破坏了围岩的整体性,应力向其周围释放,岩体的承载力下降,如果支护不及时,巷道变形破坏严重,顶板下沉量增大。[6]

    软岩巷道开挖初期表现出变形速率大的特征。巷道掘进引起应力重新分布,且速度快。如果支护不及时,容易发生冒顶、片帮等事故。在高应力环境下软岩的承载力大大降低,软岩巷道变形表现出时效性。初期来压快,自稳时间短,由于岩体松软,流变时间长,增加了巷道支护难度和维护费用。[4-5]

    2 软岩巷道支护技术

    2.1 软岩巷道支护原理

    软岩巷道支护在于提高巷道围岩的自承能力。为有效控制围岩变形,提高巷道稳定性,要根据围岩属性,分析其来压规律,及时调整支护技术,使支护结构及其技术不断适应围岩变形活动规律。

    为有效控制巷道围岩变形,提高巷道整体性。应改变传统的单一支护结构,采用耦合支護,锚注结构、二次支护等技术。同时综合考虑,采取卸压、加固和支护相结合的方法,充分卸掉高应力区的压力,对大变形区进行让压处理,整体加固松软破碎的区域。再者,对巷道围岩变形进行监测,并根据监测结果及时调整支护参数。

    2.2 软岩巷道联合支护技术

    巷道支护在于控制围岩的破胀变形。采用单一支护方式效果差,无法保证煤矿的安全生产。因此,根据巷道地质条件、开挖断面、服务年限、支护材料强度等因素,选择合理的支护方案,有效控制围岩变形,现针对软岩巷道采取的支护技术加以说明。

    (1)锚杆(索)网+钢带+梯形棚联合支护。采用先让后强的思想,有效的结合了传统刚性支护和柔性支护。巷道开挖初期采用锚杆网+钢带支护,提高巷道围岩的强度,控制围岩变形。待变形稳定后,采用架棚刚性支护,为围岩提供支护阻力,有效控制巷道变形。

    (2)锚网喷二次支护。软岩巷道围岩的自身承载能力较差,加重了支护结构的负担,必须通过有效的方法提高围岩强度,改善围岩的承载能力,提高支护效果。巷道开挖后首先进行锚索网支护。然后,喷射混凝土封闭暴露的巷道围岩,与锚索共同形成承载环,既改变了围岩的应力状态,又可以让巷道围岩压力充分释放,最后对巷道进行二次喷浆支护。

    (3)锚索网+U型棚联合支护。巷道顶板比较复杂的情况下,采用锚索+梁+网联合支护的方式。根据悬吊理论,首先将锚索锚固到上覆稳定岩层中,提高巷道围岩的稳定性。然后再安装支护梁,提高围岩整体性,进一步改善支护效果。同时,在两帮的棚腿安装锚杆,提高两帮支护强度。

    3 最佳支护时间和最佳支护时段

    3.1 最佳支护时间

    即可以使(PR+PD)同时达到最大的支护时间,其中PR为围岩支承力,PD为以变形转化的工程力,其意义如图1所示。图中显示,(PR+PD)~t曲线最大值点对应的时间TS就是最佳支护时间。同时,该点也是PD~t曲线和PR~t曲线的交点所对应的时间。[7]

    3.2 最佳支护时间段

    实际工程中难以准确掌握最佳支护时间,所以采用最佳支护时间段的概念,其意义如图2所示。只要在最佳支护时间TS附近对巷道进行永久支护,基本上可以使PD和PR同时达到优化意义上的最大。这样,(PR +PD)→MAX也就自动满足。[7]

    4 结语

    巷道支护主要是采取有效方法对围岩进行加固,改变围岩的应力状态,控制围岩变形。支护形式改变单一支护,采用联合支护,提高围岩的整体强度,改善巷道围岩的承载能力,有效控制巷道变形,达到控制巷道围岩变形的目的,提高了软岩支护效果。

    参考文献:

    [1]孟庆彬,韩立军,乔卫国,等.唐口煤矿深部软岩巷道支护技术研究[J].西安科技大学学报,2012,32(02):164-171.

    [2]何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报,2000,8(1):56-62.

    [3]何满潮.深部岩体力学与工程灾害控制研究现状与展望[A].2009—2010岩石力学与岩石工程学科发展报告[C].中国岩石力学与工程学会,2010:10.

    [4]刘高,聂德新,韩文峰.高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(6):726-730.

    [5]佟利.二次耦合支护技术在矿井软岩巷道中的应用[J].科技风,2011(22):145-146+151.

    [6]王金龙.二次耦合支护技术在矿井软岩巷道中的应用[J].科技信息,2012(30):385.

    [7]赵晓央.煤矿软岩巷道支护应用管理[J].机械管理开发,2016-155(3):62-63.

    [8]何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报,2000(01):46-62.

    作者简介:王猛(1998-),男,山东泗水人,本科,主要从事煤矿巷道变形破坏与支护研究。

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更新时间:2025/3/16 10:52:06