煤矿深部软岩巷道固定与支护实践.pdf

第 3 l 卷第 1 期 V0 l -3 1 No ． 1 企 业 技 术 开 发 T E CHNOL OGI C AL DEV EL OP ME NT OF E NT ER P RI S E 2 0 1 2年 1 月 J a n ． 2 01 2 煤矿深部软岩巷道固定与支护实践 温千峰 山西焦煤集团西山煤电官地矿 ， 山西 太原 0 3 0 0 2 2 摘要 文章结合 当前深部矿 井开采的实际情况 ， 对煤矿 深部软岩巷道的破坏原 因进行分析， 并提 出具体的固定与支护 实践方法， 实现煤矿开采 的可持续发展 。 关键词 深部 开采 ； 软岩巷道 ； 煤矿 中图分类号 T D 3 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 8 9 3 7 2 0 1 2 0 1 0 0 6 5 0 2 S o f t r o c k r o a d wa y fix a t i o n a n d s u p p o r t i n g p r a c t i c e o f de e p c o a l mi n e WE N Q i a n - f e n g G u a n d i Mi n e ， S h a n x i C o k i n g C o a t X i s h a n C o a l a n d E l e c t r i c i t y C o ． ， L t d ． ， T a i y u a n ， S h a n x i 0 3 0 0 2 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a pe r a n a l y z e d r e a s o n s o f wh y s o f t r o c k r o a d wa y o f d e e p c o a l mi n e d e s t r o y e d c o mb i n i n g wi t h c u r r e n t e x p l o r a t i o n r e ali t y o f d e e p c o a l mi n e ，a n d p r o p o s e d s p e c i fi c fi x a t i o n a n d s u p p o r t i n g p r a c t i c e s t o a c h i e v e s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t o f c o al mi n i n g ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g ； s o ft r o c k r o a d wa y ； c o al mi n e 煤矿 软岩巷道 的施 工是煤 矿深部 开采 的重要 内容 之一。所谓软岩工程， 与塑性变形较大的工程岩体相关， 如软岩隧道工程 、 软岩边坡工程 、 软岩巷道工程等 。由于 深部开采 软岩巷道的地质条件 、施工环境较 为复杂 ， 因 此如何做好 支护 ， 已成为深部煤炭 开采 的关键 问题 。随 着开采深 度的不 断增加 ，软岩矿井 的数量也 随之上 升 ， 由于软岩巷道支 护不当而造成返工 ，既影 响工程进度 ， 又产生极 大的浪 费 ， 甚至造成煤矿工程关闭 。 当前 ， 软岩工程 问题 已经在矿 业开采 、 岩 石力学 工 程等方面得以关 注与重视 。经过国 内外大量专家 的理论 研究 与实验 室试 验 、 现场实践 等方式 ， 已经在 软岩巷 道 的固定与支护方面获得较大成效。随着科学技术的不断 发展 ，深部软岩巷道固定与支护实践已经受到社会、 经 济 、 环境的挑战 ， 并面临全新的发展机遇 。以当前软岩巷 道工程固定与支护技术的发展状况来看 ， 展望其未来发 展 ， 实现继 承与创新 ， 对进一 步突破煤 矿深部 软岩巷 道 支护技 术 ， 展 开深部 开采新局 面 ， 具 有一定 的现实意 义 与应用价值 。 1 煤矿深部软岩巷道的破坏因素 随着 深部复杂力学 的发展 ， 有关软 岩的研究 已经 步 入 “ 非线 性塑 性大 变形 ” 阶段 ， 变形 场就 是非 线性 力 学 场。因此， 软岩巷道的破坏因素及相应机理和硬岩巷道 有明显区别。软岩巷道的破坏主要由于围岩力学特性和 支护体力学特性不耦合而造成 ， 并且从某一关键部位开 始 ， 逐渐造成整个支护 系统失 去稳定性 。根据变形力学 收稿 日期 2 0 1 1 一 O 9 0 1 作者简介 温 千峰 1 9 8 O 一 ， 男 ， 山西广灵人 ， 大学本科 ， 助理 工程 师 研 究方 向 煤 矿建设 工作 。 原理 ， 软岩巷道破坏 的因素可主要从 以下几方面考虑。 1 ． 1 强度 问题 由于支护体与围岩的强度不耦合， 产生非均匀荷载 力 ， 作用在支护体中， 造成局部过载力较强， 发生局部破 坏 ， 支护体失稳。 1 ． 2刚度 问题 一 方面 ， 支护体与 围岩的刚度正 向不耦合 。即支护 体刚度 围岩刚度。也就是说 ， 围 岩 的膨胀性等能量无法完全转变 为变形能并释放 ， 造 成 局部聚集的能量过多 ， 支护体部位过载 ， 进而产生破坏 。 1 ． 3 结构 问题 主要指支护体与围岩结构呈不耦合状态， 支护体发 生均 匀变形 ， 围岩 中的结 构面 出现差 异性滑移变 形 ， 如 层理面、 节理面、 软弱夹层、 断层面等 ， 支护体过载， 产生 局部破坏。 2 锚杆固定机理 通 过锚杆 支护的加固 、 组合梁 、 悬 吊等作用 ， 从不 同 角度体现了锚杆对围岩的固定作用， 尤其考虑到锚杆对 围岩产生的“ 作用力” ， 但是忽略锚杆 自身与围岩材料不 同的特殊性， 当二者实现复合时， 就会优化围岩的物理 学性质 ， 实现 固定 目标 。在深部软岩巷道 中， 传统的加 固 办法不能阐述锚杆支护的机理， 而锚杆对围岩支护的作 用主要体现为以下几方面。 2 ． 1 增强筋 企 业 技 术 开 发 2 0 1 2 年 1 月 将 钢筋加入到混凝土 中 ，可有效确保混凝 土强度 ， 改善混凝土应用性能。与另外的支护方式相比较 ， 采取 锚杆支护技术 ， 不仅可以实现支挡作用 ， 并且插入到岩 层 中 ， 就如 同钢 筋插入混凝 土一 样 ， 成 为锚 杆和 围岩 的 组成体。通过二者复合作用力， 增强围岩的强度与整体 性 ，围岩本身成为一个较为有效的承载体与防护结构。 另外 ， 钢筋的失效需要大量能量的吸收， 进而将锚杆插 入围岩 中 ， 可体现较好 的延塑性 ， 增强巷 道适应 围岩 变 形的能力水平 。 2 ． 2 主动支护 通过砌碹 、 架棚等 支护方式 ， 只有在 围岩变形 较大 的情况下 ， 支护体会产生相应反作用力 ， 属于被动支护 ； 当锚杆插入到围岩内部之后 ，就可尽快提高围岩的强 度， 减少围岩松弛现象 ， 以降低由于物理化学反应而对 围岩产生的弱化性。尤其在超前工作面的一定距离范围 内， 采用支护技术 ， 可以对围岩产生事先控制作用。 2 ． 3 包体预应力 与围岩巷道相比，可以将锚杆视作一种异质包体， 且锚杆变形模量 E B 高于围岩的变形模量 E 。二者的 模量差异将会促使锚杆对围岩产生一定的约束反作用 力 ， 阻止 了围岩移动到采 动空 间。通过这种包体预应力 作用 ， 可 对开掘后 的巷 道 围岩形成一 种补偿力 ， 正是基 于这种补偿力 ， 围岩 的整体 固定性有所增加。 经研究表 明， 围岩 刚度 K 和锚杆预应力 T o 以及支 护的滞后时间 t 关系公式如下 KB‘ To C ／ t 在该公式中， B 、 c代表特定的参数。 围岩刚度和锚杆 预应力成正比例关系， 与锚杆支护的滞后时间成反比例 关系 ， 可见锚杆支护 的主动支护原则 、 及 时支护原则 非 常重要 。 3 深部软岩巷道支护设计 由于深部巷道围岩的流变性、 高应力等特征 ， 难以 再根据悬 吊理论设计锚杆支护 ， 计算 出的锚杆长度可能 过长而影响施工 ； 根据组合梁的支护原理也不科学 ， 因 为深部软岩巷道的流变性较强， 以锚杆作用组合为承载 粱的可能性不大 。通过锚 固平衡拱的原理 ， 将锚 杆和作 用范 围之 内的岩石作为锚 固支护体 ， 通过对锚杆的抗剪 作用及约束作用 ， 使之处于单向挤压状态 、 容易破坏的 岩石组成 承载力强 、 适应范 围广 的平衡拱 。锚杆的作用 原理 ， 是通过一定约束作用， 避免锚固体松散， 提高锚固 体的完整性 ， 增强承载力与 自稳性 。固定 围岩 的基础 即 在锚固体中形成与维持自身平衡的压力相平衡作用。其 中锚杆长度和支护的间排距具有如下关系 b L t g a a ／ t g a 在该公式 中 ， b代表锚 固平衡拱的厚度 ， m； L代表锚 杆 长 度 ， m； 代 表 锚 杆 在 破 碎 的岩 体 中形 成 的控 制 角， 。 ； a 代表锚杆间距， m。 实际上 ，在深部软岩巷道中采用单一的锚杆支护技 术并不合适 ， 应采取复合技术 ， 在支护体和锚固范围中 形成承载体， 提高围岩抗变形能力与稳定性。另外， 必须 选择高强度锚杆， 以初锚力施工方法为主。 4 结 语 ①在深部软岩巷道施工中， 改变传统的被动支护为 主动支护 ， 可在 围岩变形初期迅速提升承载力发挥 锚杆 的支护作用， 确保岩层完整。 ②通过锚索加强支护、 锚网喷支护、 滞后注浆联合支 护等形式 ， 较好地控制围岩的收缩变形量， 直到稳定开 掘的巷道断面， 延长巷道使用寿命 ， 减少施工后期出现 返工现象 。 ③该支护技术的施工简单， 较容易掌握并推广， 随着 煤矿开采深度的不断增加 ，大 多矿部都要深入 内部 ， 面 临软岩支护难题， 通过该种方案的应用具有一定参考价 值 。 参考文献 【 1 ]王连国， 缪协兴 ， 董健涛 ， 等． 深部软岩巷道锚注支护数值 模拟研究[ J 1 ． 岩土力学， 2 0 0 5 ， 6 ． 【 2 ]李学华， 杨宏敏 ， 刘汉喜 ， 等． 动压软岩巷道锚注加固机理 与应用研究[ J ] ．采矿与安全工程学报 ， 2 0 0 6 ， 2 ． [ 3 ]3 李永友， 李树清． 深部软岩巷道锚注联合支护围岩承载机 理分析[ J 】 ．湖南科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 1 ．