关于深井软岩巷道掘进支护技术的实践研究技术的实践研究--中国期刊网

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关于深井软岩巷道掘进支护技术的实践研究技术的实践研究

发表时间：2020/12/29 来源：《基层建设》2020年第24期作者：刘久战

[导读] 摘要：通过对软岩巷道变形特征及矿山压力对软岩巷道作用的研究,采用联合支护,围岩—锚杆—充填体—支架结构四者形成一个共同的力学承载体系,充分发挥支架和围岩本身的承载能力,有效地控制了围岩松动圈的扩大和围岩位移,提高了软岩巷道的稳定性。

        龙煤鹤岗矿业有限责任公司黑龙江省鹤岗市 154103
        摘要：通过对软岩巷道变形特征及矿山压力对软岩巷道作用的研究,采用联合支护,围岩—锚杆—充填体—支架结构四者形成一个共同的力学承载体系,充分发挥支架和围岩本身的承载能力,有效地控制了围岩松动圈的扩大和围岩位移,提高了软岩巷道的稳定性。
        关键词：软岩;巷道支护;联合支护
        1.概况
        某矿开采煤系地层为中生代侏罗纪,煤层顶板为油页岩,灰黑色,厚度3～18m,平均厚度15m,以泥质为主,遇水泥化,风化后成为片状,干后粉碎崩解,不易维护;属于节理、层理发育的松软岩层,它的变形特征主要表现为碎胀;煤层底板为粉砂岩,灰白色,厚度10～50m,平均厚度20m,具有遇风、遇水风化、膨胀特征。由于巷道围岩为节理发育强度极低的碎裂结构,掘巷后和受采动影响时围岩将发生挤压流动性变形,巷道的破坏变形过程为:掘巷后的弹性恢复回弹引起破碎岩体中岩块之间几何不协调而产生的膨胀松动巷道在收缩变形过程中由于切向压缩形成不稳定的承载壳支护阻力不足时不稳定承载壳的失稳周边浅部岩体的进一步膨胀松动更深部岩体的弹性恢复和膨胀松动上述过程的循环直至巷道空间完全消失。巷道失修极其严重,常规支护难以满足安全生产需要,为此必须进行软岩巷道支护技术研究。
        矿软岩巷道来压迅速,巷道开挖后由于原岩应力重新分布,围岩变形迅速,矿压显现剧烈,回采巷道掘进时顶、底板移近速度最高值大于100mm/d,最大时达300mm/d。流变性显著,巷道掘进或返修后很长时间不能稳定,变形速度居高不下。对应力扰动极为敏感,相对稳定的巷道一旦受到返修、卧底以及放炮等扰动,则围岩变形再次急剧增大。顶底板相对移近量大于两帮移近量,且底鼓十分严重。采动影响范围大,影响强度剧烈,靠近工作面的巷道变形严重,服务期限短;回采巷道受采动及相邻采空区残余应力的双重影响,巷道变形更为明显,矿压观测表明:巷道距工作面150m就已经受到采动影响,20～75m为变形最严重区间。
        2.研究与实践
        2.1.1矿物成分及微组构分析
        1)煤层顶板的油页岩,岩样地质学鉴定描述为变余结构,层状、块状构造,主要矿物有石英,绢云母和绿泥石,以及部分有机质成分,其微组构为丝状、片状、指状。通过综合分析,顶板油页岩中主要粘土矿物有高岭石(约占14%),伊利石(约占18%),伊蒙混层(约占73%),绿泥石(约占5%)。
        2)煤层底板的粉砂岩,岩样地质学定为变晶结构,块状构造,主要矿物有石英、绢云母、绿泥石、长石,其微组构为片状、丝状。通过粘土矿物成分分析,主要粘土矿物有高岭石(约占28%),伊利石(约占16%),伊蒙混层(约占56%)。丝绳可整体回收、复用。另外,系统设备的总功率相比之下明显下降,系统运输若全部使用普通绞车,至少需增加6台,每台按下限1114kW计算,总功率达到6814kW,而牵引车电机功率为55kW,差值为1314kW。
        3）安装和使用中的几点认识
        SQ-1200型顺槽连续牵引车是一种高效、简便的运输机械,要充分发挥其优点,在安装和使用中应注意以下几点:①准备装备这一设备的巷道应在施工设计阶段就要考虑安装和运行相关因素,避免日后出现一些措手不及的麻烦;②该系统对轨道质量的要求相对较高,所以应加强轨道铺设的质量,以保证梭车运行的可靠性;③对于大批量车辆的运输,应在运输区段的衔接地段布置调度车场,便于往返车辆的调度、周转;④该系统运输的高效性在长距离巷道中更能得到充分发挥,运距过短会降低设备的利用率。

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        3.软岩巷道围岩变形和压力特征
        由于软岩已进入非线性塑性大变形阶段，变形场是非线性力学场，因此，软岩巷道的破坏机理同硬岩巷道明显不同，软岩的力学性质是决定巷道围岩稳定性的关键因素，根据矿井掘进施工的实际情形来看，软岩巷道围岩变形往往表现为以下几个特征：
        (1)软岩道变形呈现螺变变形三阶段规律并具有明显的时间效应。掘进初期巷道变形量大，且顶板来压十分迅速，因此巷道支护装置应具有较大的初始支撑力，此外且要有一定的伸缩性，以避免随着围岩变形而遭到破坏。
        (2)巷道围岩变形具有明显的空间效应。巷道围岩的变形呈现显著的空间效应，主要体现在以下两个方面：首先，软岩巷的变形量取决于地应力大小，地应力越大，则变形越大，且具有一定的方向性。其次，巷道变形量也受深度的影响，深度越高，则变形越大。
        (3)软岩巷道顶板下沉量大，底板鼓起，两帮易于破坏。软岩巷道开挖后，其顶板会出现下沉现象，底板鼓起，两帮发生明显的位移，严重时两帮会发生破坏，顶板大面积冒落。
        （4)巷道围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感。这些因素主要有：附近开挖巷道；水的侵蚀；爆破震动；煤炭开采。
        4.支护优化设计
        4.1原有支护方法
        -530m开拓大巷断面形状为三心拱形，巷道净宽4100mm，轨面向上净高3200mm。原设计支护方式为铺网喷支护，采用20mm×2000mm锚杆，其间排距为800mm×900mm;4号矩形钢筋网，网格100mm×100mm；用C20强度的混凝土喷浆，喷层厚度为150mm。铺索规格为15.24mm×7300mn，排距为2700am，局部地段视情况增加错索数量以加强支护。
        4.2优化支护方法
        (1)支护形式。根据已掘-530m开拓大巷顶板及两帮变形和底鼓特点，确定巷道断面形状为直墙半圆拱形，为有效控制巷道底鼓，决定采用反底拱+底角锚杆耦合支护形式进行治理。确定轨面向下按一定的弧形掘至600mm深度以铺设反底拱，两帮和顶各增加100mm作为毛断面施工尺寸。
        (2)支护参数。①锚杆：巷道两帮及顶板采用20m×2500mm的IV级专用螺纹钢加工而成的高性能锚杆，间排距600mm×700mm。两侧底角处各打1根22mm底角锚杆，底角锚杆长2800mm，并与基本错杆的间距不大于1000mm。采用加长锚固方式，每根锚杆采用1卷K2350树脂药卷和2卷Z2360型树脂药卷。②锚索：采用17.8mm×9000mm锚索，其排距2100mm，在顶板两侧第2、3根错杆之间(两侧1/4圆弧中心处)以45°角打1根锚索，其中每孔使用1卷K2350和3卷Z2360型树脂药卷。③托盘：锚杆采用新型托盘(尺寸300mm×300un)，锚索采用400mm×400mm的托盘。④网：采用6.5mm钢筋焊制成孔100mm×100am的铁丝网，网边钩扣联结。
        结束语：
        软岩巷道掘进时，原有的应力状态被破坏，围岩应力重新分布，软岩进入非线性塑性大变形阶段。在支护强度不够的条件下，巷道支护整体性差，加上施工过程中锚杆预紧力不足、锚杆托盘承受力大、巷道支护滞后等因素，导致巷道支护破坏甚至失效。实践证明，增加支护强度能对软岩巷道进行有效支护。通过深部位移观测发现，巷道两帮围岩相对稳定深度为2m，证明对该矿-700m开拓大巷采用加大锚杆长度的措施，能有效防止锚杆失效。采用优化后的支护参数，支护效果明显改善，有效减少了巷道变形和破坏，为后续的掘进支护工作积累了经验，因此要加强对这一问题的研究。
        参考文献
        [1]杜库实，李冰冰.千米深矿井软岩巷道掘进支护技术［J］.建井技术，2013（12）.