煤矿巷道支护技术探讨(1).doc

煤矿巷道支护技术探讨 摘要本文作者通过对软岩巷道的特征分析,及支护原理和方法的论述,对煤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。 关键词煤矿；巷道；支护技术；探讨 中图分类号TD353 文献标识码A 文章编号 软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称,软岩分为地质软岩和工程软岩。地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量的膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱层;工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体,工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水平作用力和工程扰动力以及膨胀应力等,显著性塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值,并影响了工程的正常使用。工程软岩定义揭示了软岩的相对性实质,即是否为软岩取决于工程力与岩体强度的相互关系。当工程力一定时,不同岩体可能表现为硬岩特性,也可能表现为软岩的特性,而对于同一种岩石,在较低工程力的作用下可表现为硬岩的变形特性,在较高的工程力作用下可能表现为软岩的大变形特性。工程软岩与地质软岩的关系为当工程载荷相对于地质软岩的强度足够小时,地质软岩不产生显著塑性变形的特征,此时不作为工程软岩。只有在工程力的作用下发生了显著塑性变形的地质软岩,才视为工程软岩。 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。 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; 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2050 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。 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。条带碹除了适用于塑性流变大,有粘土膨胀性矿物成分的软岩平巷或坡度较小的斜巷外,对受采动影响的巷道也有较大的适应性。而且条带碹还具有成本低、施工速度快、便于维修等优点。 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 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。 4.6 锚喷网支护 在流变、膨胀性不很大的软岩中,锚喷网支护是有效的支护结构。其支护特点要求是 1巷道掘进后及时喷一层薄混凝土,以封闭围岩、防水防风化、保护围岩强度与自承能力。2以锚为主,软岩锚杆要选用全长锚固具有滑移让压特性适应大位移量的锚杆,锚杆密度要大,一般小于400600 mm,最好是长锚杆与短锚杆并用。3加铺金属网并用锚杆将网与岩壁锚固紧。4复喷混凝土,形成锚喷网一次支护。5观察围岩与支护的变形位移,并适时复喷补强;到围岩趋于稳定时,复喷混凝土到设计厚度,形成永久性二次支护。 5 结束语 5.1 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。 5.2 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。 参考文献 [1] 何满潮,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京科学出版社,2008. [2] 董方庭,等.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京煤炭工业出版社,2007.