动压巷道围岩控制方法的探讨.ppt

动压巷道围岩控制方法的探讨,阳煤集团二矿开掘工作部作者尹利鑫,论题,巷道在掘进时感觉支护强度良好，而到回采时压力显现明显，巷道围岩变形严重，深层次原因在哪里,主要内容一、概述二、动压巷道围岩变形严重的原因三、动压巷道围岩变形表现形式四、巷道围岩控制的基本途径,概述我矿现采综放工作面，两巷管理已成为制约我矿安全、高效生产的第一要素，而动压巷道围岩变形严重，是两巷难以管控的重要因素。因而，如何加强动压巷道围岩变形控制，具有重要意义，下面我们对动压巷道围岩变形严重的原因及相应解决方法进行探讨。,我矿现用动压巷道在掘进过程中，支护强度可以满足支护要求，而在回采过程中，巷道却会发生严重变形，原因何在呢首先我们先从动压巷道的定义入手，讨论这一问题。,动压巷道的概念与特点,动压巷道概念泛指经受采动压力影响的井下巷道。动压或动压力指由于矿山开采活动所形成的各种集中压力,包括回采工作面超前集中压力,一侧采空的单侧煤柱压力,两侧采空的双侧集中压力,以及其它叠加压力。动压巷道的特点在于巷道在掘进过程中,处于原始应力场中的静压力,受到采动影响,改变了原岩应力场的平衡状态,导致巷道围岩应力再次或多次重新分布。巷道原有的静压状态下的稳定平衡被打破,围岩发生显著变形位移和压力增大,需要经过应力重新分布达到新的平衡后,巷道围岩才能重新稳定下来。,采动引起的应力重新分布,已采区及其两侧煤柱的应力分布Ⅰ－－冒落带；Ⅱ－裂隙带；Ⅲ－弯曲下沉带；A－原始应力区；B1、B2－应力增高区、C－应力降低区；D－应力稳定区,动压巷道围岩变形严重的原因,动压巷道在掘进和回采过程中最主要的区别在于，回采时，巷道要受到动压破坏，而掘进过程中巷道相对处于静压状态下施工。故而，如果在掘进过程过程中，如果巷道的支护不能适应采动影响带来的应力变化，或者没及时采取相应的加固补救措施，则巷道会受到不同程度的破坏，或断面变形，或围岩松动失稳,影响巷道的正常安全使用。因此，动压巷道支护结构和主要参数不能象静压巷道那样，只考虑原岩应力场的作用，还必须充分考虑巷道受各种采动影响的集中压力的程度及其相应的变形、位移、压力值，然后以此为根据，选择适当的支护结构和正确的参数。,动压巷道围岩变形严重的原因,得出结论围岩变形的原因在于，掘进时，支护强度不能适应采动影响带来的应力变化或者没及时采取相应的加固补救措施。,动压巷道围岩变形的表现形式,1、顶板下沉巷道顶板整体下沉，即巷道浅部围岩位移指向巷道空间，动压巷道较深部围岩的发生不同程度下沉。2、两帮帮鼓巷道两帮受到破坏，两帮发生变形，两帮移近量增大，造成巷道宽度不够。3、底板底鼓巷道底板岩石受到破坏，发生底鼓，顶底板移近量增大，造成巷道高度不够。,顶板下沉,增强顶锚索长度、数量、使用粗锚索,两帮帮鼓,巷道底鼓,,,,帮锚索支护,采动影响引发巷道围岩变形,,,,,,巷道围岩控制的基本途径,,支护加固或巷道泄压等,动压巷道围岩控制方法,1、针对顶板下沉的解决方法由于动压巷道较深部围岩即老顶发生不同程度下沉，而浅部围岩则造成塑性破坏和体积膨胀，表现为直接顶破碎，发生与老顶产生离层。故此，针对如上现象，可采用不同的方法进行控制。,针对顶板下沉的解决方法一,掘进过程中增加支护锚索数量，增强对直接顶的支护强度。根据锚杆的悬吊作用理论，悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。生产实际中，巷道中在使用过程中会出现锚索断裂等失效的现象。因此，在满足计算要求的基础上，再增加一定比例的顶锚索数量，加强直接顶维护，可以防止采动过程中，部分锚索失效，而导致锚索失效不能满足悬吊锚索支护强度要求。,锚索悬吊作用示意图,针对顶板下沉的解决方法二,采用一定数量的加长锚索，减少老顶下沉量。根据锚索的组合梁理论，即利用锚索的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护。组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚索本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。锚索把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。,锚索组合梁作用示意图,举例,以80803工作面回风顺槽为例，来说明上述方法的运用。80803回风顺槽沿15煤底板掘进，巷道顶板岩性为15煤3m，泥岩3.6m，砂质泥岩3.8m，14煤0.28m，石灰岩3.15m，其中泥岩属于不稳定岩层，砂质泥岩属于中等稳定岩层，石灰岩属于稳定岩层。巷道毛宽4.8m，毛高3.2m，毛断面15.4㎡,80803工作面回风顺槽综合柱状图,根据上述内容进行，锚索长度和锚索数量校核。可知，锚索长度应大于8.13m，每排锚索数量应大于1.94根，也就是说锚索长度选择8.3m，每排锚索数量不小于2根，符合要求。实际掘进过程中使用的顶部支护形式为波纹钢带锚索金属网联合支护。顶部布置6根∮21.6mm8300mm的钢绞线（后更改为5根），排距800mm。通过方法一的描述可知，上述顶部支护形式的好处锚索数量的增加，强化了对直接顶的支护效果，并可以防止将来开采时部分锚索失效而造成顶部支护强度不够。,通过方法二的描述可知，还可顶部支护形式进行如下加强每排布置一根12.3m锚索替代原8.3m锚索，二、四眼交替布置，其余不变。根据组合梁理论，采用8.3m锚索时，组合梁结构的组成主要由15煤上层，泥岩和砂质泥岩组成。为增强组合梁的强度，我们可以将15煤上层，泥岩、砂质泥岩和石灰岩组成一个组合梁结构，即选用12.3m锚索，其组合梁强度必然要大于原组合梁强度，从而加强了深部岩层即老顶的控制。,针对顶板下沉的解决方法三,使用大直径锚索，进行顶板维护。直径为∮28.6的锚索预紧力可达到445kN，设计承载力可达到533kN，相较于直径为∮21.6的锚索（预紧力250kN，设计承载力302kN），预应力有很大的提高。直径∮28.6的粗锚索，2011年曾在80802工作面回风顺槽回采阶段进行补强试验，并取得了良好的效果。通过观察，经过直径∮28.6的粗锚索补强的巷道，顶板得到有效的控制，相较于其余段的巷道围岩变化较小，巷高均保持在2.6m左右，相对余其他地段巷道围岩变形量明显减小，可以满足回采需求。,针对顶板下沉的解决方法四,特殊条件下，如遇地质构造时，可采用相应锚网支护与套棚联合支护形式，具体支护形式应根据巷道地质条件具体确定。,针对两帮帮鼓的解决方法,采空区巷道两帮采用帮锚索支护，替代帮锚杆，增强两帮支护强度。现由综四队施工的80704工作面回风顺槽，掘进过程中两帮采用了帮锚索支护形式，两帮移近量要明显小于顶底板移近量，巷道宽度可以满足巷道要求，可见由于帮锚索的使用，巷道两帮得到有效的控制。采用上述方法，一方面可以加强两帮预应力，加强帮支护强度；另一方面由于底角处受力比较集中,并且是薄弱环节,上述帮支护形式可以缩小两帮最下端锚杆与底板之间的距离，从而加强该位置的支护强度。,我矿现采用的帮锚索支护形式有（80704工作面回风顺槽和80803工作面回风顺槽为例）（1）、80704工作面回风顺槽采用帮锚索支护时，两帮支护形式钢带垂直巷道方向布置，紧贴煤帮，排距0.8m，钢带眼间距0.95m，钢带头距顶板0.2m，靠顶的帮锚索距顶板0.4m（与水平成10夹角倾斜向上）；顺序往下0.95m布置第二根帮锚索（与巷帮垂直）；最下一根帮锚杆距巷道底板0.8m（与水平成10夹角倾斜向下）。,（2）、80803工作面回风顺槽采用帮锚索支护时，两帮支护形式帮锚杆、锚索排距800mm，帮每排布置2根帮锚索和1根帮锚杆，靠顶的帮锚索距顶板600mm（与水平成10夹角倾斜向上）；顺序往下1100mm布置第二根帮锚索（与巷帮垂直）；最下一根帮锚杆距巷道底板550mm（与水平成10夹角倾斜向下）。帮锚杆托板为小槽钢，帮锚索托板为大托盘小槽钢，皆垂直巷道顶底板紧贴巷帮布置。,针对底板底鼓的解决方法,根据国内有关资料的综合分析，由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，巷道底板岩层鼓入巷道的方式及机理也不相同，一般可分为四类①挤压流动性底鼓；②挠曲褶皱性底鼓；③剪切错动性底鼓；④遇水膨胀性底鼓。,动压巷道底鼓的原因,由于采动影响下回采巷道通常布置在煤层中，围岩强度较低又受到采动影响，在支承压力作用下巷道围岩破坏严重，整个巷道都位于松软破碎的煤岩体中。而采动影响下回采巷道底板岩层很难向巷道内滑移，多是两帮首先破坏，两帮的围岩变形将应力集中转移到岩体深部，处于弹、塑性状态的围岩又在采动影响下，发生变形，挤压底板岩层周边破碎岩体向巷道内流动，从而造成巷道底鼓。因此对于采动影响下回采巷道底鼓类型以挤压流动性底鼓为主，而造成巷道底鼓的原因，最本质原因就是巷道围岩应力大。,动压巷道底鼓治理的方法,根据控制原理的不同，传统的底鼓控制方法可分为加固法与卸压法两大类。加固法主要是通过加固底板提高底板强度以控制底鼓；卸压法主要是通过切缝等卸压措施，巷道及底板的应力向深部转移，降低底板岩层应力，从而达到控制底鼓的目的。,动压巷道底鼓治理的方法,加固法主要有底板锚杆、底板注浆、封闭式金属支架、混凝土反拱等。加固底板虽然可以起到一定的抑制底鼓的作用，但在有强烈底鼓趋势的巷道中材料消耗大、支护费用高、工程量大。加固法只能被动维护底板，在高应力、松软底板的条件下，致使向巷道内鼓起，失去控制底鼓的能力；很多情况下，底板锚杆由于在松软底板岩层中锚固基础差而锚固力不足或延伸量与底鼓量不匹配而失效，又加上底板钻机的不配套使其在施工过程中遇到了很大困难；底板注浆可加固底板较浅部岩层，如注浆达不到底板岩层的破坏深度，则上部已加固岩层会被下部岩层顶起。因此，注浆控制底鼓的作用也是有限的，而现在以高水速凝材料为主要突破的围岩滞后注浆，在控制底鼓的过程中有很大优势，且具有良好的塑性变形特征，对控制浅部岩层的峰后变型具有较大的作用。,动压巷道底鼓治理的方法,卸压法主要有底板切缝、底板钻孔、底板松动爆破、两帮切槽、顶部卸压槽等。底板切缝、底板钻孔等卸压法目前存在施工工艺复杂、需要专业技术人员、控制效果不理想等缺点，而现在针对回采巷道提出的深部松动爆破控制底鼓不失为解决回采巷道的一种有效方法。,动压巷道底鼓治理的方法,针对我矿实际情况，结合上面的论述，可采用如下三种方法预防底鼓（1）巷中底板打底锚杆（2）底板卸压槽防治底鼓（3）回采期间，两帮使用单体支柱配大柱鞋支护，可以有效的控制巷道底鼓。,（1）巷中底板打底锚杆,巷道通常是成层的，因而合适于用锚杆加固。锚杆用斜孔锚入两帮下面（与巷道两帮成35-40角）及巷中的地层中。通过锚杆加固底板后，可以减少巷道底板破碎程度，增加抗弯强度。但是，当底鼓量较大，而导致锚杆延伸量与底鼓量不匹配，容易造成锚杆失效，故此锚杆加固底板的方法比较适用于，控制浅部岩层的底鼓变形。,（2）底板卸压槽防治底鼓,卸压支护的原理巷道的围岩变形量取决于巷道埋藏深度和围岩性质。处于原岩应力作用下的岩体，储存有巨大的弹性能，采掘活动改变了原先的应力状态，一旦解除原岩体中作用的应力，岩体在恢复变形的过程中，将释放出变形能对外做功，而顶板下沉，底板鼓起就是其现象之一。在巷道掘进及服务期间，采用人工的方法对围岩的碎胀变形进行有控制的释放，使巷道周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移，使巷道处于应力降低区中，以此达到有效维护巷道的目的。,底板卸压槽防治底鼓,目前常用的卸压方法主要有①在巷道围岩中开槽、切缝、钻孔或松动放炮；②在受保护巷道附近开掘专用的卸压巷道；③从开采上进行卸压或将巷道布置在应力降低区内。,底板卸压槽防治底鼓,借鉴于上述几种方法，我们可采用巷道底板中间开挖卸压槽的方法，控制底鼓。成巷以后，在巷道两帮采用高强锚杆和锚索网联合支护，控制两帮的稳定性，之后在巷道底板中间开挖宽500mm，深2m的卸压槽，为围岩底鼓变形预留一定的空间，释放底板集中的高应力，在底板形成一个“弱结构”。,然后，现场跟踪，定期的观察巷道支护的受力变形情况，当发现中间卸压槽里破碎岩石被压缩密实，巷道有底鼓的趋势时，“弱结构”对巷道底板进行了有控制的应力释放，吸收大量的围岩变形量，改变巷道围岩应力场的分布状况，减缓了矿山压力对巷道的有害影响。经过这一个时期的应力调整，底板的高应力得到了一定程度的释放。同时要对巷道底板和两帮注浆加固，控制两帮和底板的稳定性，使巷道围岩又形成了“小强结构”，围岩的高应力和巷道支护之间会逐渐趋于平衡。此时，巷道围岩进入一个相对稳定的阶段，选择合理的支护参数，采取这种“强弱强结构”的支护原理，可以达到对巷道长期有效地维护，保证矿井的正常生产。,需要注意的是，巷道底鼓与帮部稳定性关系密切，开底板卸压槽防治底鼓的同时要加强帮部的支护，才能取得预期的支护效果。,使用单体支柱配巷大柱鞋支护,通过2011年在80802工作面回风顺槽的大柱鞋的试验及应用，可知，大柱鞋可以有效的控制大柱鞋附近的底鼓，由于大柱鞋支设靠近巷道两帮，导致巷道两帮附近的底板底鼓量，要小于巷道中间的底鼓。故而，如果采用大柱鞋支护和上述两种方法联合使用，可以为控制巷道底鼓提供一种新途径。,大柱鞋和底锚杆或卸压槽综合运用,（1）、巷中布置两趟∮202400mm圆钢锚杆，巷帮各支设一组“大柱鞋”支护。（2）、巷道底板中间开挖宽500mm，深2m的卸压槽，巷帮各支设一组“大柱鞋”支护。通过综合运用，一方面可以通过对巷中底板进行加固或者泄压，另一方面可以加强对两帮底板的支护强度，双管齐下治理底鼓。,总结,综上所述，为满足动压状态下的支护强度，动压巷道的支护形式，可采用增加锚索数量、打注加长锚索和粗锚索，打注帮锚索及打底板锚杆或开挖卸压槽的方法，联合作用，以达到控制巷道围岩的效果。,谢谢,由于本人水平有限，如有不当之处请多提宝贵意见,此致，,