软岩尾巷锚注支护技术研究.pdf

I 在职工程硕士学位论文 软岩尾巷锚注支护技术研究 STUDY ON BOLTING AND GROUTING TECHNOLOGY OF SOFT ROCK ROADWAY 作 者宋 欣 校内导师陈海波 副教授 校外导师王国臣 教 授 黑龙江科技大学 二○一四年六月 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解黑龙江科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所 撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理 作为申请学位的条件之一， 学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权，即①学校档案室和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电 子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和 科研目的，学校档案室和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案室、图书 馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致，论文的公布（包括刊登）授权黑龙江科技大学研究生学院办理。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 。 作者签名 校内导师签名 校外导师签名 年 月 日 年 月 日 年 月 日 万方数据 中图分类号 TD353 学校代码 10219 UDC 622 密 级 公开 黑龙江科技大学 在职工程硕士学位论文 软岩尾巷锚注支护技术研究 STUDY ON BOLTING AND GROUTING TECHNOLOGY OF SOFT ROCK ROADWAY 作 者 宋 欣 导 师 陈海波 王国臣 申请学位 工程硕士 培养单位 矿业工程学院 工程领域 矿业工程 领域范围 采矿工程 答辩委员会主席 范兴玉 评 阅 人 邢中光 二○一四年六月 万方数据 论文审阅认定书论文审阅认定书 研究生 宋 欣 在规定的修业年限内，按照研究生培养方案的要 求，完成了研究生课程和其他培养环节的学习，成绩合格；在我的指 导下独立完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结 构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作 为学位申请论文送专家评审。 校内导师签名 校外导师签名 年 月 日 年 月 日 万方数据 致谢致谢 本文是通过导师陈海波副教授的悉心指导下完成的。 在三年的研究生学习期 间里，陈老师在生活上送给了我无微不致的关心和照顾，在学习上给予了我大量 耐心的辅导。导师在论文题目的选择、采用的研究手段、如何撰写等每个方面都 倾注了很多的心血和精力。 尤其是他在日常生活中高尚的品德以及在平时工作中 体现的一丝不苟的科研精神，敬业的工作作风时刻激励着我，在您的身上我获益 颇多。这篇论文正是因为您的教导、启迪和鼓励才能够顺利的完成。 一朝为师，借此机会要对我的导师陈海波表达最深的谢意和最诚挚的敬意 感谢父亲、母亲在学习、生活中对我的支持。 同时感谢黑龙江科技大学矿业工程学院采矿教研室的张国华老师、康健老 师、肖福坤老师、孙广义老师、张俊文老师、陈刚老师、路占元老师，他们在我 论文的撰写过程中提出了很多的宝贵意见并给予了热心的指导。 感谢董如国老师在我的学习期间给予我的关心与照顾。 感谢李青霞老师在研究生攻读期间给予的帮助。 感谢秦涛老师在我的学习期间给予的帮助。 感谢我的同学马远平、李毅恒、刘德彬、于秀楠、王巍、张翀、王照祥、佟 凯等在我论文的写作过程中给予我的帮助。 在论文撰写期间，阅读并参考了很多的期刊文章，在本文列出的参考文献中 已经列举出文献及作者， 不过很难确保没有遗漏。 借此我由衷的感谢所有的作者 感谢各位专家在百忙之中评阅本文 感谢曾经关心、支持、帮助过我的所有人们 万方数据 I 摘摘 要要 荣华煤矿综采工作面尾巷的支护方式已经经历了由棚支护向锚-网-喷-梁- 锚索支护方式的转变。在采用棚式支护时，当工作面推过之后，巷道严重变形， 无论如何加打点柱、加套抬棚等加强支护，都无法维护一个有效的安全通道。后 来，随着整个矿井进行锚-网-喷-梁-锚索支护改革的进行，尾巷也进行了相应的 支护改革。结果，锚-网-喷-梁-锚索支护方式在其它回采巷道中取得了成功，但 在尾巷中依然抑制不住巷道的严重变形，仍然需要在三番五次加强支护后，进行 重新返修。对此，本文综合运用工程地质调查，现场应力量测，理论分析和实地 观测等方法和手段， 分析了荣华煤矿综采工作面软岩尾巷围岩失稳破坏特征和软 岩锚注前后特性。提出合理的支护技术方式，并获得良好的技术经济效益，获得 如下研究成果1、采用锚注支护方案段，顶底板移近量从工作面推过后 100m～ 150m 为变形明显变化阶段，从工作面推过 150m 以后变形近于平稳。不管是从形 变量角度， 抑或是形变发生的时间角度， 锚注支护具备显著控制岩体形变的效用。 2、 直接经济效益， 一个采煤面推进距离一千五百米， 这样尾巷能够降低费用 220 万元。 本文的研究成果经在三区 2综采工作面尾巷应用试验后达到了预期目的。 该方法已经在荣华煤矿软岩巷道中推广应用， 同时对其他矿井的软岩巷道支护也 具有良好的借鉴意义。 该论文有图 21 幅，表 15 个，参考文献 48 篇。 关键词关键词软岩，尾巷，锚注支护，围岩变形 万方数据 II Abstract The way of support in gas lane of Ronghua coal mining face has been changed from the shed bracing to the bolt - mesh- gunite - beam – cable anchor support. When using the shed bracing, the roadway severely deed after the mining had finished, they could not maintain a valid secure channel no matter how many pillars had been assisted or sheds had been added to strengthen the wall rock. Later, the gas lane had a corresponding support re with the full range of mine carried bolt - mesh -gunite - beam - cable anchor supporting res. However, this way could not restrain the severe deation in the gas lane though it succeeded in other roadway, and they still had to repair the gas lane after the support reinforced repeatedly. In this regard, the paper integrated use of engineering geological survey, pressure measure, theoretical analysis and in situ observations to analyze the instability and failure characteristics and properties of bolting and grouting before and after in soft rock gas lane of Ronghua coal mining face. Proposing reasonable way of technical support, and access to good technical and economic benefits, and access to the following research 1. In the bolting area, the roof rock strata keep significant changes level after the mining face 100m 150m, and turn steady after 150m. Whether the amount of deation, or the duration of deation, bolting has significant effect to restrain wall rock deation. 2. Direct economic benefits, for a mechanized mining face is 1500m length, so a gas lane will save 1.87 million Yuan. Results of this study achieved the desired goal after the application in gas lane of third district 2 mechanized mining face. This has been popularized in soft rock roadway of Ronghua mine, while it also has good reference to the support of soft rock roadway of other mine. This paper has 21 figures, 15 tables and 48 references. Keywords soft rock;gas lane; bolt and grouting support; rock deation 万方数据 III 目目 录录 摘摘 要要............................................................................................................................ I Abstract ...................................................................................................................... II 目目 录录......................................................................................................................... III 1 1 绪论绪论 ........................................................................................................................... 1 1.1 问题的提出 ............................................................................................................. 1 1.2 对软岩尾巷变形与破坏机理的判断 ..................................................................... 2 1.3 软岩尾巷支护方法的选择 ..................................................................................... 3 1.4 国内外锚注支护应用概况 ..................................................................................... 3 1.4.1 锚杆支护 ............................................................................................................................... 3 1.4.2 注浆应用 ............................................................................................................................... 4 1.5 巷道围岩锚注支护原理与效果 ............................................................................. 4 1.6 本文的研究内容、方法和意义 ........................................................................... 10 1.6.1 研究内容 ............................................................................................................................. 10 1.6.2 研究方法 ............................................................................................................................. 10 1.6.3 研究的意义 ......................................................................................................................... 11 2 软岩尾巷支护技术研究软岩尾巷支护技术研究 ......................................................................................... 12 2.1 锚杆支护设计方法 ............................................................................................... 12 2.2 锚杆布置方案设计 ............................................................................................... 14 2.2.1 采煤面尾巷基本情况 .......................................................................................................... 14 2.2.2 以围岩稳定性分类为基础的工程类比设计结果 ............................................................. 15 2.2.3 锚索作用机理与支护参数的确定 ..................................................................................... 16 2.2.4 工作面尾巷锚杆-锚索总体布置方案 ................................................................................ 18 2.3 具体参数设计 ....................................................................................................... 18 2.4 锚-网-喷-梁-索支护施工工艺 ............................................................................. 24 2.4.1 工艺流程 .............................................................................................................................. 24 2.4.2 临时支护 ............................................................................................................................. 24 2.4.3 初喷混凝土 ......................................................................................................................... 24 2.4.4 打注顶锚杆 ......................................................................................................................... 24 2.4.5 打注帮锚杆 ......................................................................................................................... 25 2.4.6 施工锚索 ............................................................................................................................. 25 2.4.7 喷射混凝土 ......................................................................................................................... 26 万方数据 IV 2.5 锚固质量检查与围岩动态监测 ........................................................................... 26 2.5.1 日常检查 ............................................................................................................................. 26 2.5.2 专项监测 ............................................................................................................................. 26 2.6 锚-网-喷-梁-索基本支护施工机具与材料消耗 ................................................. 28 3 软岩尾巷注浆加固技术研究软岩尾巷注浆加固技术研究 ................................................................................. 30 3.1 注浆参数的确定 ................................................................................................... 30 3.1.1 注浆滞后时间的确定 ......................................................................................................... 30 3.1.2 注浆压力的确定 ................................................................................................................. 31 3.1.3 注浆量的估算 ..................................................................................................................... 31 3.1.4 注浆时间的确定 ................................................................................................................. 32 3.1.5 浆液的扩散半径 ................................................................................................................. 32 3.1.6 注浆孔布置 ......................................................................................................................... 32 3.2 注浆设备及材料的选择 ....................................................................................... 34 3.2.1 注浆泵的选择 ..................................................................................................................... 34 3.2.2 注浆材料的选择 ................................................................................................................. 35 3.2.3 注浆锚杆的选择 ................................................................................................................. 36 3.2.4 搅拌机与制浆桶 ................................................................................................................. 36 3.2.5 钻孔机具 ............................................................................................................................. 36 3.3 注浆施工工艺 ....................................................................................................... 37 3.3.1 注浆系统 ............................................................................................................................. 37 3.3.2 工艺流程 ............................................................................................................................. 37 3.3.3 施工工艺 ............................................................................................................................. 37 3.4 注浆安全技术要求 ............................................................................................... 38 3.5 注浆加固效果的检测 ........................................................................................... 39 3.5.1 注浆参数检测 ..................................................................................................................... 39 3.5.2 围岩力学性质测试 ............................................................................................................. 39 3.5.3 巷道表面位移观测 ............................................................................................................. 39 3.6 注浆加固施工机具与材料一览表 ....................................................................... 40 4 锚注支护技术效果与经济效益分析锚注支护技术效果与经济效益分析 ..................................................................... 41 4.1 前言 ....................................................................................................................... 41 4.2 锚注支护技术效果 ............................................................................................... 42 4.2.1 试验段分区 ......................................................................................................................... 42 4.2.2 锚注支护效果 ..................................................................................................................... 43 万方数据 V 4.3 锚注支护经济效益 ............................................................................................... 44 4.3.1 直接经济效益 ..................................................................................................................... 44 4.3.2 间接经济效益 ..................................................................................................................... 46 4.3.3 综合经济效益 ..................................................................................................................... 46 4.4 社会效益 ............................................................................................................... 47 5 结论与展望结论与展望 ............................................................................................................. 48 5.1 本文结论 ............................................................................................................... 48 5.2 研究展望 ............................................................................................................... 48 参考文献参考文献 ..................................................................................................................... 49 作者简历作者简历 ..................................................................................................................... 52 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 ................................................................................................. 53 学位论文数据集学位论文数据集 ......................................................................................................... 54 万方数据 1 绪论 1 1 1 绪论绪论 1.1 问题的提出 在高瓦斯矿井，为了保证回采面的安全与正常生产，同时能够将瓦斯尽量全 部排放出采区，可以布设排放瓦斯尾巷，瓦斯尾巷是被邻近的两个采煤面共同使 用， 即上一个采煤面将巷道用作排净瓦斯而下一个采煤面将巷道用作轨道巷或运 输巷。所以，瓦斯尾巷必须要经受上一个回采工作面前面与后面动压和侧压的影 响和下一个采煤面前面动压的影响，即经受两个回采工作面的采动影响。由于尾 巷往往是煤巷，并且巷道拥有很大的断面积，回采过程中长期不断地的承担支承 压力，所以瓦斯尾巷的维护工作会非常困难，荣华煤矿立井采煤面的排放瓦斯尾 巷具有本身的特征，巷道处在的位置是强度不大的煤当中，巷道断面大，不断的 遭受支承压力对巷道的冲击，并且有很复杂的地理条件①井田处在的位置在向 斜的下部，存在非常高的岩层构造力；②厚 3.6m 左右的砂质泥岩与薄煤层的直 接顶破碎松软， 顶板锚杆无法锚固到稳定岩层中； ③直接底是二至三米左右厚度， 受水侵蚀后会软化与膨胀的泥岩与煤等组合而成的复合型软岩；④基本底为 4m 以上含有粘土成分，遇水严重软化与膨胀的粉砂岩与砂质泥岩；⑤老顶性质是强 度较高的砂岩，层厚达到十八米，采面高度为 2.8m～3.0m，直接顶随着采面向 前推进不断地掉落，但是充填的高度不够，无法将采空区填实，老顶结实不容易 掉落有很大暴露面积， 来压的距离很长， 造成尾巷很长时间承受很大的载荷作用。 ⑥因为老顶的厚度较大，是砂质结构，为可以存水的含水层，顶板水随着采面向 前推进大量流向尾巷，使水体长时间侵蚀尾巷软岩底板；⑦大量断层以及陷落柱 存在于巷道周围，正是由于所有复杂的因素，使得尾巷的稳定和保持其功能都有 非常大的困难。 荣华煤矿瓦斯尾巷在大载荷的作用之下底板有很大的突起， 两个帮壁之间距 离发生缩进，锚杆等支护设备失效，周围岩体与煤体受压破碎、变形，50的巷 道大断面变形后成为人员