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深井软岩巷道支护控制技术

来源:职称阁分类:建筑论文 时间:2019-08-22 10:50热度:

  随着开采深度的增加,巷道承受的地应力相应增加,易发生变形破坏。对平煤八矿丁4 轨道巷复杂应力条件导致巷道变形破坏的机理作了分析,提出并采用了喷锚喷注喷+ 钢丝绳联合支护方案,有效控制了巷道变形破坏,取得预期效果。

深井软岩巷道支护控制技术

  关键词:深井;软岩巷道;变形破坏;锚注支护

  1 工程概况

  随着矿井开采深度的增加,受地应力、采动和高岩溶水压等因素的影响,围岩应力增加,围岩有效荷载增大,以至于产生破断形变,残余构造应力相对较大,原岩力学性质,尤其是构造应力发生较大改变[1-3 ]。平煤八矿丁4 轨道巷、轨道车场区段内埋深 5 70~920 m。 巷道施工后,变形破坏严重,影响

  巷道安全使用。为此,在对软岩破坏机理、锚注支护机理等分析研究的基础上,对深部矿井复杂应力支护技术作了研究,以提高和改善围岩力学性能,实现预期支护效果。丁5.6 煤层直接顶为砂质泥岩及细砂岩,含煤线,局部缺失;基本顶为中—粗粒砂岩;直接底为砂质泥岩;基本底为砂质泥岩及条带细—中粒砂岩。 丁4 轨道巷原设计为直墙半圆拱形断面,宽 3.8 m,高 3.4 m,穿层布置,上段位于煤层顶板内,下段位于煤层底板内,轨道区段内垂直应力为 1 3.6~22.1 MPa,属于高地应力巷道。

  2 深部软岩巷道变形破坏形式

  (1)顶板

  丁4 轨道巷是深部软岩巷道,原采用锚网索喷支护后,套 U 型钢棚。 围岩应力较大,导致顶板变形量较大,在 0.5 ~ 1 m 之间,且变形速度较快,原有支护不再起作用,需要再次支护。平均每6 个月维修 1 次,严重影响安全生产。

  (2)两帮

  巷道两帮在采动影响下,变形量较大,最大收敛量在 0.5 ~ 1.5 m 之间。 两帮变形剧烈处,存在锚杆被折断、锚网扭曲拉断现象。底板和顶板及两帮变形量相比,顶底板移近量较小。但是轨道巷底板为应力释放区,而且无支护,底鼓现象巷道局部位置同样显著。 巷道使用后期,顶底板移近量在 500 mm 左右,影响运输安全。底鼓容易带来两帮移近量增加;长此以往,会加剧顶板下沉,缩短巷道使用周期。

  3 深部软岩巷道变形破坏规律及锚注支护机理区域内围岩单轴抗压强度在 5 ~ 1 5 MPa 之间,为典型的深部软岩巷道。受高地应力影响,围岩强度进一步降低,巷道破坏变形量较大,主要表现在:丁4 轨道巷在较高的地应力作用下,围岩。发生塑性变形及碎胀变形[8]巷道开挖后 稳定性较差 初期采用锚网喷支护后 围岩发生流变出现顶板喷层开裂、局部钢筋网被切断等情况;同时受工作面超前采动影响,巷道底鼓、两帮位移量较大。整体表现为巷道在短期内,变形量达到0.3~0.6 m;受采动影响后,变形进一步加剧,受时间因素及采动因素影响明显。

  2道巷穿层布置,顶底板及两帮所受影响显著,底鼓使得两帮稳定性降低。随着时间的延长,流变产生的变形压力使得锚杆、锚索被拉断,支护失效;之后,破坏深度及范围将会扩大,巷道周围支护体系失稳,继而引发临近巷道破坏,导致。巷道反复维修[9 ]锚注支护是锚杆和注浆相结合的支护方式;通过注浆锚杆,将浆液注入围岩裂隙中,使之成为一个整体,提高围岩整体黏聚力和自身强度。锚注支护后,围岩形成了良好的组合拱结构,使锚杆锚固力作用得到发挥充分,提高巷道稳定性。

  1浆液进入破碎围岩后,锚杆和岩体形成一个稳定的结构,其黏聚力和弹性模量等参数出现不同程度的提高,从而使支护效果更佳。

  2注浆后,喷层壁被填充和压实,有利于注浆层和喷浆层形成多层组合拱结构,降低围岩表面荷载,提高支护结构整体强度。

  3锚索承受扰动载荷,减小应力集中破坏巷道的概率。

  4 深井巷道支护设计原则与其周边巷道位置关系、采掘动压影响、服务年限等差距较大时,在坚持一工程一设计的原则下,根据条件变化,进行工程分段设计。合理确定巷道间距。根据传统经验,巷道设计间距多选择为 30 m。但根据现场实践,深井巷道间距过小,会造成相互扰动,对支护破坏严重。试验结果表明,深井巷道间掘进动压影响超过 50 m,回采动压影响超过 1 50 m。 因此,巷道布置时,应合理确定巷道间距。合理选择巷道断面形式,提高特殊位置支  护强度。 深井巷道支护设计应体现其个性化特点,避免片面性、盲目性和随意性。巷道断面设计时,应在保证使用空间的前提下,尽量降低墙高,以保证巷道受力状况良好。同时,根据巷道受力特点,要提高煤岩交界处(或软、硬岩层交界处)、肩窝、帮部及底角等应力集中区支护强度,强帮固底。

  坚持复合型支护,推广“锚注一体化”工艺,保证巷道支护及时性。根据实践,单纯的锚网索支护难以满足深井巷道支护要求,必须坚持二次支护或密集支护等复合型支护。 而“锚注一体化”能改善围岩整体性,提高自承能力。同时,复合型支护工序间的衔接必须合理,使各支护尽快形成完整支护承载体,避免每一分层支护逐层破坏,导致支护失效。

  5 巷道支护方案与施工工艺要求丁4 轨道巷围岩为破碎和软弱岩体,且围岩应力场复杂 因此巷道施工后 底鼓和两帮位移较大,影响正常使用。为此,确定对巷道扩帮返修,返修后断面仍然为直墙半圆拱形,宽 4.4 m,高3.6 m。同时在返修后,巷道围岩中会出现一些新的裂隙,可提高围岩可注性能,以便对围岩注浆加固。

  5.1 支护方案

  考虑到丁4 轨道巷地压大,其顶底板极易发生变形破坏,设计采用喷锚喷注喷+ 钢丝绳联合支22 mm护方案(以下简称锚注支护方案)。采用ϕ×2 400 mm 超高强锚杆,排距 0.7 m;采用ϕ2 1.8mm× 8 300 mm 高强锚索,排距1.4 m。

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文章名称:深井软岩巷道支护控制技术

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