6、巷道支护3.ppt
第三节喷射混凝土支护,一.工艺流程,①封闭围岩,防止风化。②改善围岩的应力状态恢复三向应力状态。③填凹补平消除应力集中。④密切岩体、柔性支护结构作用共同变形,围岩应力释放,抑制更大变形。⑤射入缝隙,增强黏结岩块间的连接咬合作用得以维持。⑥防护锚杆间危石掉落。,二.支护作用原理,单独支护时50150mm之间,锚喷支护时50120mm。强度不小于C15。,技术规范4.3.1喷射混凝土的设计强度等级不应低于C15;对于立井及重要隧洞和斜井工程,喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20;喷射混凝土1d龄期的抗压强度不应低于5MPa。钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20,其抗拉强度不应低于2MPa,抗弯强度不应低于6MPa。,三.喷射混凝土厚度与强度,技术规范条文说明4.3.3喷射混凝土的收缩较大,若其厚度小于50mm时,喷层中粗骨料的含量甚少,更容易引起收缩开裂。同时,喷层过薄也不足以抵抗岩块的移动,常出现局部开裂或剥落。近几年来,有关部门对喷射混凝土支护使用情况调查结果表明,喷射混凝土支护层产生局部开裂剥落者,其厚度多在50mm以下,也有30~40mm的。因此,本条规定喷射混凝土支护的最小厚度不应小于50mm。根据锚喷支护原理,要求喷层具有一定的柔性。因此,规定喷射混凝土厚度一般不应超过200mm,特别在软弱围岩中作初期支护,喷层过厚,会产生过大的形变压力,易导致喷层出现破坏,这是不经济的。当喷层不能满足支护抗力要求时,可用锚杆或配筋加强。,喷射机具混凝土喷射机干式、湿式配套机械混凝土搅拌机,喷射机械手,50年代开始研制WG-25型双罐干式喷混凝土机,于60年代定型生产并大量应用,成为我国锚喷支护第一代喷混凝土机械。与此同时,也出现了ZHP-2型转子式喷射机、LHP-701型水平螺旋喷射机、SPD-320型风动单罐喷射机等不同类型的设备,但是除转子式喷射机外,其他都因工作的可靠性、使用寿命和粉尘较大等问题而被淘汰。但双罐式喷射机也因上料高和体积较大、笨重,采用钟型阀改变风压上料而使粉尘较大等缺点而急待改进或换型。,四.施工,在瑞士的一条隧道中使用喷射混凝土机械手的情况,水泥硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,标号大于325细骨料中砂或粗砂,细度模数大于2.5粗骨料粒径小于20mm速凝剂初凝小于5min,终凝小于10min配合比水灰比0.4~0.45,五、喷射材料和配合比,,第四节普通支护,一.棚式支架-不能阻止围岩风化1.木支架⑴组成两腿(承受侧压)梁(承受顶压)⑵适用性地压不大,服务年限短(2年左右),断面小的采区巷道⑶优缺点,2.金属支架-破坏形式主要为失稳⑴梯形金属支架适用于回采巷道轻便钢轨(18kg24kg)或矿用工字钢(1620号),(2)拱型可缩金属支架软岩、地压大且不稳定(动压)、围岩变形量大,断面小于12m2,矿用特殊型钢制作间距一般在0.7m左右,纵向通过金属拉杆拉紧提高稳定性。,梁腿搭接长度300~400mm,采用两个卡箍固定,采用U型钢支护的常村矿N2轨道上山,多铰摩擦可缩U型钢支架,拱梯形金属支架,U型钢封闭型可缩性支架,6节马蹄形可缩性支架,圆形支架,方(长)环形支架,特种封闭型支架,加高圆形支架,节式平巷支架,a-几何形状不变b-几何形状改变1-底座2-掩护梁3-顶梁4-前梁5-拉紧件6、7-可伸缩构件,梯形工字钢金属支架,拱形刚性支架,4)井下应用,,难维护巷道围岩变形控制技术,概述难维护巷道的类型围岩应力转移的控制原理与技术巷道围岩注将加固原理与技术合理的支护方法,岩巷难维护的原因,一、概述,围岩松软破碎单轴抗压强度10~20MPa深井(自重应力)高应力采动应力(原岩应力的3~6倍)构造应力松软破碎+高应力,该类巷道具有围岩破碎严重,塑性区、破碎区范围很大,蠕变严重。巷道围岩变形少则几百毫米,多达1.02.0m。巷道在服务期间需要进行不断的维护与返修,特别是它们的两类或三类的复合型,问题更为突出。破坏方式软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程,总是从某一个或几个部位开始变形、损伤,进而导致整个系统失稳。破坏过程沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同,总是从剧烈变形的部位发生裂纹,鳞状剥落,变形破坏区域逐渐扩大,最终导致整个支护系统的失稳,难维护岩巷的变形破坏特点,,第一类,围岩软弱型,即软岩巷道第二类,采动影响型,即动压巷道第三类,深井高应力型,即深井巷道第四类,上述三类巷道的复合型,,难维护岩巷的类型,二、难维护巷道的类型,动压巷道煤层开采引起的采动应力通常在原岩应力的310倍左右,将造成回采巷道、受跨采影响等巷道的严重破坏。,软岩巷道是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和,包括自重应力、残余构造应力、水的作用力,采动影响力及膨胀应力等。,地质软岩单轴抗压强度在0.525MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。工程软岩在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程岩体是软岩工程研究的主要对象,包括岩块、结构面及其空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。显著塑性变形以塑性变形为主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。包括显著的弹性变形、粘弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。,软岩的概念,深井巷道根据我国煤矿的巷道支护技术水平和地质条件,一般将800m作为深部开采的标准,部分软岩矿井的深部开采标准可定为600m或更浅。,我国国有大中型煤矿开采深度每年约以10m的速度向深部增加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。开采深度加大,岩体应力急剧增加,地温升高,当岩体应力达到或超过岩体强度时,有关岩体力学的若干问题由量变逐渐发生质变,造成资源开采的极端困难,并引发矿井重大安全事故危险性增加,严重威胁矿井的安全生产。我国煤炭储量大部分埋藏在深部,埋深大于600m和1000m的储量分别占到73.19和53.17。,难维护岩巷成为重点,,式中R-塑性区半径;a-巷道半径;P0-原岩应力;Pi-支护阻力;c-岩石内聚力;Φ-岩石内摩擦角;u0-巷道周边位移;G-围岩剪切模量。,以往的研究多注重加固围岩和支护技术,但是位移u0随围岩应力P0的变化非常显著,对此却研究很少。故降低围岩应力是在深井、软岩、动压条件下保持巷道围岩稳定的重要技术发展方向。,三、围岩应力转移的控制原理与技术,开槽孔,巷道周边开槽孔后的应力分布Ⅰ-围岩应力较低区;Ⅱ-应力升高区;Ⅲ-原岩应力区,开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面,松动爆破,巷道一侧或两侧布置巷峒,巷道一侧布置巷硐后效果示意图,顶部构建软弱区应力转移原理与技术,鲍店矿-430m水平胶带输送机硐室围岩松软,分层开采的采煤工作面多次从大巷上方通过,需保护受强烈采动影响的机头硐室。方案硐室顶部构建弱化区。,技术关键在硐室上方两侧开掘两条与硐室平行的小断面巷道,然后在巷道间进行松动爆破,在硐室上方构建一个宽19m、长60m的松动弱化区。,效果应力转移后最大应力集中系数仅为2.6,是无松动弱化区时的30。实测表明受采动影响期间,硐室顶底板移近量24mm,两帮移近量31mm,保持了硐室的长期稳定。,底部构建软弱区应力转移原理与技术,,蒋庄矿回采工作面从大巷胶带机硐室群上方通过,机头底部有1.8m深的基础,要求不底鼓,基础不受破坏。为此在巷道底板构筑松动弱化区,以降低硐室周围、特别是底板的围岩应力。硐室埋深约340m,围岩主要为砂质泥岩。,煤层开采影响,,硐室治理的技术思路,现场实施方案,技术关键在硐室底板两侧开掘小巷道,两巷道之间深孔松动爆破形成弱化带,以达到应力转移的目的。,效果应力转移后垂直应力减少了4/5左右。硐室两帮相对移近量小于40mm,底鼓量小于10mm,且为均匀底鼓,机头基础未受到破坏。,上行开采的应力转移原理与技术,基本原理下部煤层先行开采后,在采空区上方形成冒落带、裂隙带、缓沉带。此时上部裂隙带或缓沉带中的煤层巷道处于低应力区,维护十分容易。,孙村矿二煤在上,四煤在下,相距22m。水平应力大,二煤埋深千米。开掘二煤的4218、4219两工作面顺槽时,巷道前掘后修,顺槽无法维护而报废,掘不出顺槽工作面不能生产,两工作面申请并获省局批准报废。,为此,提出了先采四层煤,使二层煤顺槽处于低应力区的上行开采方案。,效果四煤上行开采后,二煤围岩中的垂直应力仅为原岩应力的36~61%,回采工作面前方支承压力系数仅为1.26~1.60。两巷顶底板及两帮移近量均小于250mm,用矿工钢支架即能维护且不需维修,顺利采出了4218、4219两工作面40万t煤炭。,效果上行开采后,采用矿工钢或锚带网即可正常维护巷道,项目研究后,孙村矿的二、四煤全部改为上行开采布置。,技术方案底板半圆形面积内布孔,孔底松动爆破,应力转移至围岩深部且稳定后,注浆固结底板岩石。,巷道底板深部反拱及应力转移原理与技术,实施效果平顶山六矿上山绞车房埋深550m,围岩松软,掘后不久即因严重底鼓而破坏。采用应力转移技术后,绞车房底鼓显著降低,底鼓量仅为原底鼓量的1/3,硐室保持了长期稳定。,掘进工作面超前钻孔应力转移原理与技术,基本原理在迎头打超前钻孔将应力转移到深部后,迎头顶板应力减小,围岩变形量小,顶板完整,便于支护,解决了以前顶板破碎,锚杆无法施工的难题。,参数确定钻孔长度、直径、位置。,实例平顶山十一矿己16-1722120工作面顺槽埋深846~925m,迎头顶板破碎打不上锚杆,应力转移后迎头顶板完整,不但顺利打上了锚杆,且降低了围岩变形量。,,四、巷道围岩注将加固原理与技术,设计断面为16m2的大巷,掘出数月,框式支架就严重损伤破坏,极软岩锚网喷支护巷道,掘出数月,就坍塌破坏。,注浆固化稳定围岩机理,提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度。浆液固结体的网络骨架作用。转变围岩破坏机制减小巷道围岩松动圈封闭水源提高锚杆锚固力,1杆体;2托盘;3压紧螺母;4螺纹丝扣;5挡环;6射浆孔;7钻孔;8环形密封锚固卷;9注浆嘴;10岩体注浆加固圈,,,3,,,浆液扩散情况,注浆围岩岩芯照片,锚注加固支护,1普通锚杆;2注浆锚杆;3金属网喷层;4注浆加固圈;5锚杆加固圈;,注浆与锚杆共同作用效果,锚注支护中的锚杆还可有效抑制结构面的错动,从而提高围岩整体承载能力。,祁南矿运输大巷锚注支护前后的状况,谢桥矿回风大巷锚注支护前后的状况,,架棚工字钢棚、U型棚及其它异型棚。锚杆支护体系锚杆、锚索、桁架、三维锚索。砌碹类。其它组合支护(介绍几种目前较典型的)。,五、合理的支护方法,支护的准则和要点主要有4点①先让后抗;②先柔后刚;③二次支护;④控制底鼓。本质让、抗、柔、刚的合理选择与匹配。关键让、抗、柔、刚的的程度、强度。,难维护岩巷的支护原则,构筑柔性层,,本章复习思考题,,1.悬吊、组合梁、组合拱、强度强化等锚杆支护的原理是什么2.喷混凝土支护的原理是什么较其它支护类型具何优越性3.常用的锚杆有哪几种各有何优缺点4.锚杆支护系列包括哪几种支护方式它们的使用条件什么,