复杂岩层深部巷道地压及支护对策研究.pdf

2 0 0 5 年第 4 期 煤矿支护 3 5 够。澳大利亚向英 国、印尼、日本 、波兰输 出锚杆支护技术时，顶板离层界限按 1英寸 考虑。 5 推广应用情况 先后在铁法、邢台、潞安、开滦、平顶 山、晋城、汾西、华亭等矿区应用。大大降 低 了锚杆支护巷道顶板事故的几率 ，使巷道 锚杆支护设计参数更加合理，有效解决了井 下顶板安全性和经济性之间的矛盾，有力促 进 了全国锚杆支护技术全面推广和发展 。 l单 位名称 天地科技股份有限公司 开采所事业部 联 系 人 鞠 文君 I通信地址 北京和平衡青年沟路5 号 E ma i l We n j u n j 2 6 3 ． n e t I邮 编 1 0 0 0 1 3 联系电话 O 1 O 一8 4 2 6 3 1 2 8 1 3 7 0 1 3 3 2 2 9 8 2 0 0 4年度二等奖 复杂岩层深部巷道地压及支护对策研究 山东科技大学 肥城矿业集团有限责任公司 尤春安 高法民 许裕平 蒋斌松 桑红星 林登阁 毕宣可 杨永腾 董光振 王宗喜 吴绪生 史铁 山 王传民 概述 本项 目针对肥城矿业集团有限公 司陶阳煤矿进入深部开采 出现高地应力和复杂地 层 条件下的巷道支护问题展开 了系统地研究。弄清所研究 区域 的高地应力条件下 围岩力学特征 以及巷道变形破坏的主要机制，为巷道支护方案的选择及参数的确定提供理论依据。 l 立项背景 陶阳煤矿位于肥城煤田中央深部 ，随着 开采深度 的不断加大 ，巷道深部地压问题 日 益突出，尤其是在地质构造复杂以及受采动 影响的巷道 ，巷道变形破坏非常严重。为此 矿上投入大量的人力物力对失修的巷道进行 翻修维护，有 的必须经过反复翻修而不能稳 定 ，这不但加大了生产成本 ，而且严重地制 约煤矿正 常的生产。为此肥城矿业集 团公司 与山东科技大学合作开展复杂岩层深部巷道 地压及支护对策研究 。 2 详细科学技术内容 1 技术方案 本研究包括现场调研、理论分析 、数值 模拟、现场试验和监测预测相结合的综合研 究方法 。主要技术路径如图所示 。为取得可 靠的技术指标 ，针对不 同的地层条件制定与 之相适应的支护方案。如在煤巷等质软围岩 采用半长粘结式锚杆保证在大变形条件下锚 固段不失效且能施加足够的预应力 ；在围岩 松动范围较大或难于控制的顶板下沉 ，利用 废 旧钢丝绳做长锚索， 支护力大， 经济实用； 在裂隙发育或破碎的巷道中采用短塞式注浆 锚杆 ，效果好 ，且降低了支护成本；在底臌 巷道中采用浮渣注浆技术取得 良好 的效果 。 在试验过程 中，每一支护方式均采用几种结 构形式加以比较，以获得最好 的支护结构 。 2 研究内容 1 通过现场调查和实验研究， 弄清在复 杂地层条件下深部巷道地压的显现原理及规 律 ； 2 确定巷道支护原则和对策 ； 3 因地制宜地开发新型的支护方式和手 段 ； 4 在规定的范围内实施 ， 技术先进 、经 济，并在集团公司下属矿井推广应用。 维普资讯 3 6 煤矿支护 2 0 0 5年第 4期 3 技术路线 主要技术路线如下 [巫 困 l 现场工程地质调查 l 臣圃 口圜 3 创新点 支护方案的选择 新型支护结构开发 工艺及参数设计 现场试验研究 二 监控 量测 数据处理与预测 支护效果评价 成果验收与鉴定 推广应用 1 提出支护新观点 复杂岩层深部巷 道支护仍应 以锚杆支护系统为主，越是复杂 的条件锚杆支护系统能发挥更好作用，关键 是解决锚杆与围岩的匹配问题 。 2 研发 了适合于煤巷等质软围岩巷道 支护的半长粘结式锚杆 ，以保证在大变形条 件下锚固段不失效 ， 并能施加足够的预应力 ， 保证支护效果 。 3 成功地研制了废 旧钢丝绳长锚索， 提 高支护强度 ，大大地降低了支护成本。 4 研究开发 了短塞式注浆锚杆 ，结构 简单，使用方便，降低了支护费用，使得锚 注技术更推广实施。 5 根据理论分析和数值模拟，得出对 巷道底臌机理的新认识，开发了浮渣注浆技 术控制底臌 。 6 发明了顶板下沉离层指示仪用于巷 道 围岩变形量测 ，尤其是检验废旧钢丝绳长 锚索的支护效果 。 4 与当前 国内外同类技术综合 比较 对 陶阳煤矿复杂的地质条件 ， 理论分析、 数值模拟和实测研究 ，认为复杂岩层深部巷 道支护仍然应 以锚杆支护系统为主要手段 ， 以往之所 以应用困难 ，主要是锚杆与围岩不 匹配 。本课题针对不同的地质条件和巷道情 况 ，研究开发了多种新型支护结构 ，有效地 解决这一难题 。针对岩质松软大变形巷道采 用半长粘结式锚杆 ， 与其它形式锚杆相 比， 能 保证巷道经历大变形后 ，锚 固效果不变 ；在 围岩松动范围较大或难于控 制的顶板下沉 ， 开发了废 旧钢丝绳为材料的长锚索 ，与 目前 以钢铰线为材料的锚索相比， 支护强度大 ， 经 济实用 ；开发的短塞式注浆锚杆，与 目前采 用的注浆锚杆相比， 结构简单 ， 使用方便 ， 且 支护费用低，利于锚注技术推广实施；开发 的浮渣注浆技术控制底臌 ，从根本上解决了 底板打孔注浆 困难 的问题 ， 而且简单易行 ， 施 工质量容易控制。现场实测表明，本成果各 项技术指标可靠 ，经济效益 和社会效益十分 显著 。具有较强的实用性 ，可在同类条件下 进行推广应用。 该成果达到国内领先水平 ， 部 分达到国际先进水平 。 5 推广应用情况 该 成 果 在 陶 阳 煤 矿 3 3 0 4和 3 3 0 6近 2 0 0 0米 的深部 回采 巷道及 联络巷应 用 了螺 纹钢筋 、 细径树脂药卷的半长粘结式锚杆 ， 表 现较大的支护强度 ， 巷道变形量大大地减少 经量测 ，两帮最大位移量为 1 8 2 mm， 顶底板 最大位移量 1 6 8 mm。 经历两次动压影响之后 工作面满足使用要求。一5 5 0扩排水仓由于 地压大 ，原来的支护结构全部被破坏 ，原计 划采用钢筋混凝土套碹翻修 ，经采用了短塞 式注浆锚杆技术和浮渣注浆控制底板技术进 行修复成功 ，经过三年多的使用巷道最大位 移量保持在 1 5 mm 以下 ，达到预期 的 目的， 维普资讯 2 0 0 5年第 4 期 煤矿支护 3 7 肥城矿业集 团公司已在下属 的七对矿井推广 应用 。 现全矿推广应用半长粘结式锚杆配合钢 筋带金属网， 局部辅于锚杆槽钢组合结构 ， 支 护一次成功，彻底解决了前掘后修，靠扩修 维持生产的被动局面 ， 减少巷道的修复费用 ， 年多来共应用巷道 2 0 0 0 0 m 以上，创造直接 经济效益 1 0 0 0万元以上 。同时，在一5 5 0 水 平车场和硐室 的修复中，由于采用 了短塞式 注浆锚杆技术和浮渣注浆控制底板技术取代 了原来翻修砌碹方案，不但降低了成本和劳 动强度 ，而且最大程度地减少修复对生产带 提高工作面单产，减少了井下运输压力。两 来的影响，直接经济效益 3 6 0 万元以上。 单位名称 山东科技大学 联 系 人 尤春安 通信地址 山东豢安 山东科技大学土建学院 E ma i l y o u e h a n 2 6 3 ． n e t I邮 编 2 7 1 0 1 9 联系电 话 O 5 3 8 6 2 2 6 3 0 4 2 0 0 3 年三等奖 矿井深部巷道围岩变形破坏机理及支护技术 重庆大学 重庆市 永荣矿务局 李元树 陈 勇 杨文华 罗东澜 刘菊梅 魏福生 王宏图 黄华良 尹光志 钟光明 概述 项 目研究了重庆永荣太务局矿井巷道地应力随深度变化的规律、破碎岩体 中弹性波 传播特性、深部巷道围岩松动圈确定及松动圈与地应力变化规律、深部开采巷道受采动影响 的围岩变形规律、深部巷道围岩分类、巷道围岩控制技术及支护技术 、可回收锚杆技术及应 用等。 1 立项背景 巷道围岩控制的好坏直接影响煤矿井下 的生产和安全。全国煤矿顶板事故中有 1 ／ 3 ～1 ／ 2就发生在巷道工程中。 近年来， 随着开 采深度的增加，地压越来越大、巷道变形急 剧增大、巷道底鼓及巷道两帮片帮严重，巷 道支护难度增加，严重危害巷道围岩的稳定 性和巷道维护 ，制约深部开采。重庆市永荣 矿务局针对深部开采矿井 ，如何有效地支护 与加固巷道围岩和维护巷道 围岩的稳定性是 近年来 国内外岩土工程界和采矿工程界特别 关注的重要课题 。为此 ，重庆大学采矿工程 系与重庆市永荣矿务局合作 ，开展 了对矿井 深部巷道围岩变形破坏机理及支护技术”项 目的研究。 2 详细科学技术内容 1 深部地应力测试分析及变化规律研 究 采用空心包体应力解除法获得深部两个 测点地应力大小及方 向；确定该区域地应力 由自重应力和水平应力构成，为高地应力地 区； 获得该区主应力 d 、 d 、 随深度成线性 变化规律 ，确定该区域的水平构造应力。 2 准各向同性岩石介质中．弹性波传播 规律及应用基础研究 1 准各向同性岩体中弹性波传播特征及 波速 研究弹性波在含裂隙岩石介质 中的传播 特性。 假设裂纹在岩石介质中分布是随机的， 则认为岩石介质是准各 向同性体 ，获得准各 向同性岩体中弹性波传播波速。 2 较破碎岩体中弹性波传播特征及波速 随机分布裂隙体就是较破碎岩体及岩体 破碎带 。对这类岩体采用 自洽法和修正 自治 法研究其有效弹性参数 ，并求解弹性波在此 维普资讯