煤矿深部巷道围岩控制技术.pdf

兰一 C h i n a Ne w T e c h n o l o g i e s a n d P r o d u c t s 煤矿深部巷道围岩控制技术 王 开 陕西涌鑫矿业有限责任公司， 陕西 榆林 7 1 9 4 0 7 工 程 技 术 摘要 随着煤矿开采深度的增加， 开采环境发生着不利的变化 ， 给煤矿的安全生产来了极大的隐患。同时随开采深度增加 ， 岩层压 力显著增大、 巷道位移量增大、 支架损坏严重、 巷道返修量剧增， 巷道维护变得异常频繁与困难。 本文从深部围岩的岩性变化论述入 手 ， 阐述 了如何对深部围岩进行有效控制， 以保障深部开采的有序进行。 关键词 深部开采； 围岩控制 ； 巷道支护技术 中图分类号 T D 8 文献标识码 A 随着一些国有煤矿开采年限的增加，浅部 煤层已基本被开采完毕 ， 煤矿要生存 、 发展只有 进行深部开采。随之而来的深部开采的巷道支 护与维护问题， 影响着开采的效率 ， 同时也给煤 矿的安全J陛带来了严重的威胁。为了解决这些 实际问题，本文从深部巷道围岩特点以及控制 技术进行了研究和分析 ， 希望能对以后的煤矿 开采工作起到作用。 1深部开采巷道同岩特点 1 ． 1 岩石硬度变大 深部岩层在上部岩石的长期 自 重压力下 ， 岩石性质发生了变化。主要表现在岩石密度增 加、 容重加大， 岩石硬度也增加。 1 ．2岩体强度变小 巷道掘出后 ， 岩体强度变小 ， 出现岩石软化 的现象， 围岩比较破碎。 深部岩石在长期的高压 力 、 高温条件下， 岩石处在峰值前的状态中， 岩 石出现大量的微小裂隙。 由于开采活动的影响， 引起巷道围岩在一定范围内卸压， 使岩石由三 向受力状态转变为两向受力状态，出现一个方 向的压力释放。岩石在峰值前卸压产生更多的 裂隙， 造成岩体比较破碎 ， 强度降低， 由硬岩转 变为软岩。 l I3巷道松动范围大顶底板和两帮移近量 大 由于深部开采围岩存在软化现象 ， 岩层比 较破碎， 破碎松动范围大， 持续时间快、 长。围岩 存在大量的节理裂隙，降低了围岩的整体性和 强度， 使围岩处在峰值后的范围内， 加剧了围岩 裂隙的发育程度， 形成破碎区并向纵深发展， 因 此巷道围岩松动范围大，顶底板和两帮移近量 大 。 2措施概述 2 ．1统筹规划， 合理布置 巷道布置在稳定的岩层内，巷道方向尽可 能与本区最大主应力方向一致， 减小其应力对 巷道的作用；避免开采引起的支承压力的强烈 作用， 将巷道布置在已采的采空区下； 采取上部 煤层预先开采 ， 跨巷回采等方法 ， 避开上部开采 遗留煤柱的影响，且与煤柱边沿保持一定的距 离； 避免相邻巷道之间的相互影响； 合理开采顺 序以避免采掘在相邻的区段内同时进行等。 2 ．2增强围岩约束能力， 限制破碎区向纵深 发展 增加支护体强度 ， 防止危岩出现， 即使出现 危岩也能限制形成较大的破碎区。在支护手段 上比较有效的方法是采用高强度锚杆 、 锚索、 网、 梁联合支护， 进一步改善围岩力学性能， 增 强闱岩约束力。 2 - 3降低作用在围岩的压力 将作用于巷道周围的集中载荷转移到离巷 道较远的支承区， 降低巷道围岩应力， 从 而减 少对支护的破坏。 卸压技术是较好的减小压力、 ～ 1 0 6 一 中国新技术新产品 提高支护强度的方法，卸压技术通过采取松动 爆破、 水力割缝、 打卸压孔等措施使同岩受到多 种形式的压力卸载。 2 3 ． 1深孔卸压爆破。爆破卸压主要运用围 岩力学特征， 集卸载、 加固为一体， 是一种积极 有效的治理方法。 2 ．3 ．2工作面卸压。利用迎头瓦斯排放孔进 行高压水射流割缝 ， 使钻孔两侧形成一定深度 的扁平缝槽 ， 即钻孔附近煤体得到局部卸压 ， 从 而对迎头顶板起到卸压作用。 2 ． 3 ． 3巷帮卸压。在已经施工的巷道两帮施 工卸压孔 ， 每帮一个 ，间距 0 ． 7 m ，卸压孑 L 规格 D8 9 mmx l 2 m。 2 ． 3 A利用卸压巷道卸压。在被保护的巷道 一 侧或两侧再掘进一条巷道 ， 专 门进行卸压 ， 让其冒落。 2 _4进行注浆从而改善围岩力学性能 深部开采时， 由于围岩埋深大， 水平应力和 垂直应力均比较高，围岩的承载能力难以抗拒 高应力的影响 ， 因此， 通过注浆加固， 提高围岩 的整体性和 自 身承载能力， 使整个加固的岩体 能有效地同锚杆有机地结合为一个整体，从而 提高破碎围岩中的锚杆锚固力，从而能够适应 围岩的较大变形。 3巷道支护具体技术 3 ． 1 超前钻孔应力转移 由于巷道埋深大、 围岩强度小 、 复合顶板 ， 掘进后 、 锚杆支护之前， 顶板已经产生较大的离 层 、 下沉， 使顶板承载能力快速衰减 ， 巷道维护 难度更大 ， 为此， 结合瓦斯抽放， 在掘进迎头前 方煤层布置钻孔， 一方面抽放瓦斯 ， 另一方面将 掘进引起的支承应力峰值向深部转移，降低巷 道迎头应力， 减少无支护空间顶板离层 、 下沉。 巷道迎头超前钻孔布置见图 1 。 采用 F L A C 软件 数值计算、分析应力转移效果与钻孔长度的关 系 ， 如图 2 所示， 巷道迎头钻孔后 ， 应力峰值位 置随钻孔长度增加显著向深部转移，钻孑 L 长度 超过 1 2 m，后，峰值位置距巷道表面的距离减 小， 因此， 确定钻孔长度 1 0 m， 每掘进 5 m钻 1 次 图2应 力转移效果与钻孔长度的关 系 杆实现高阻让压支护。高阻即锚杆给嗣岩提供 较大支护阻力控制塑性区发展、降低塑性区流 变速度 ， 提高支护阻力可以大大减小围岩变形。 让压即允许围岩有一定变形，允许围岩变形可 降低 围岩应力、 减少锚杆载荷， 防止锚杆破断 ， 改善巷道维护状况。 顶板支护 某T作面巷道顶板稳定性差 ， 易 产生离层 、 冒落， 采用树脂药卷加长锚固、 高预 紧力、 高强度锚杆支护强化顶板。 该支护的顶板 岩层强度和刚度显著提高， 减少顶板下沉量， 巷 道顶板安全性能得到提高。同时采用快速承载 的高预应力锚索将下部锚固的顶板悬吊在上部 稳定岩层中， 确保顶板安全可靠。 顶板锚杆为直 径 2 2 ra m，长 2 A m的高强度螺纹钢锚杆 ， 排距 7 5 0 m m，锚杆布置见图 3 ， 锚杆破断载荷大于 2 1 0 K N ， 延伸率大于 2 3 ％， 实现高阻让压支护。 同时采用锚索加强支护， 锚索直径 1 5 ．2 4 m m， 长 7 ． 3 m ， 排距为 3 ．0 m， 每排 2 根， 锚长 1 ． 6 m 。 2 5 1 7s 0 7 5 0 “ 7 5 0 嫠 图 3锚杆 布置图 两帮支护 采用树脂药卷加长锚固、 高强度 锚杆支护两帮， 提供较大的支护阻力 ， 控制两帮 塑性区的发展、 降低塑性区的流变速度 ， 同时该 支护又能适应两帮的较大变形 ， 实现高阻让压 支护。帮 、 角锚杆均为直径 2 0 m m， 长 2 ．2 m的高 强度螺纹钢、尾部热处理的锚杆，锚 固长度 1 ．1 m， 排距 7 5 0 m m。 3 -3加固两帮和底角 某工作面两巷为梯形巷道，两帮和底板均 为强度较小的煤层 ， 掘巷后围岩破碎区从两帮 和底角开始， 最终也以两帮最大。 两帮和底角采 用高强度锚杆支护，阻止破碎区；塑性区的发 展， 减小该部位煤层强度衰减， 当两帮和底板裂 隙发育， 即距迎头 8 0 - 1 0 0 m时， 应用高水速凝材 料对两帮及底板注浆加固，提高破碎区同岩的 工 程 技 术 』 C h i n a N e w T e c h n o l o g i e s a n d P r o d u c t s 浅谈隧道塌方治理技术及预防措施 傅建曙 福建省第一公路工程公司 ， 福建 泉州3 6 2 0 0 0 摘要 文中结合铜黄高速公路 大堆尖隧道塌方段的治理， 阐述了隧道塌方的经过和治理过程， 提 出采取控制爆破减少围岩的扰动、 超前支 护、 作好洞内水的排治和超前地质预测等预防隧道塌方的技术措施。 主题词 隧道 ； 塌方治理 ； 预防措施 图文分类号 T U 7 1 文献标识码 A 1 工程概况 铜黄高速公路大堆尖隧道为左右分离式 单向行车隧道。隧趾区发肓的地层 主要有第 四系全新世冲洪积 ， 残坡积含碎石亚粘 土、 含 粘性土碎石，二叠系下统栖组块状硅质灰岩 及志留系中统坟组薄层状泥质砂岩。主要的 地质构造为 F l 断层 ， 断层产状 1 6 0 。 4 0 。 ， 断 层 宽 5 - 1 l m， 走 向北东 7 0 。 左右 ， V P 1 6 5 0 m ／ S ， 为压性逆断层 ， 长度 5 0 0 m， 断层带附近岩石 破碎强烈 ， 地下水相对富集 ， 围岩稳定性差 ， 隧道开挖后 由于应力 改变和爆破振动 的影 响 ， 极易形成较大的坍塌。 2塌方经过 塌方处位于隧道左线 Z K 9 6 8 2 5 处，已穿 过 F 1 断层破碎带约 1 1 5 米 ， 设计中 Z K 9 6 8 2 5 - Z K 9 6 8 5 0 段 2 5 米为Ⅳ类深埋段，该段处于小 桩号 V类深埋段 长 9 0 米 与大桩号 V类浅埋 段 长 9 5 米 之间， 设计图中对该段地质条件评 价为 通过微风化粉砂岩 ， 受构造影响严重， 裂 隙发育，围岩呈碎石状压碎结构，地下水不发 育。 鉴于该段处在围岩类别交界处， 施工仍采用 环形留核心土的方法短进尺开挖 。 施工时刚 掘进至 Z K 9 6 8 2 5 断面时， 围岩突变， 岩体呈褐 黑色泥质状， 遇水软化 ， 手捏易碎 ， 且掌子面有 渗水 ， 拱顶有滴水现象并不断掉块， 施工人员立 即喷射 C 2 5 早强砼封闭，由于围岩开挖临空遇 水后 自稳能力极差，右侧拱顶在喷射 t ,2 t 程中 仍继续坍塌掉块 ， 至当日下午 3 时 ， 掌子面右半 部拱顶形成塌穴， 施工人员仍继续喷射砼封闭。 至次日上午 8 点 ，已被喷射砼封闭的掌子面再 次坍塌， 喷射砼从掌子面剥离， 被折断成大小块 状涌向开挖台车， 拱顶纵向直至坍塌到 Z K 9 6 8 3 1 处，在拱部形成一个约 6 ．0 米 长 2 ． 8 米 高 x 8 米 弧长 的塌方穴 图 1 。 凰_l 一 塌方 丞 _悫．凰 3治理方案 塌方发生后项 目部在及时进行相关处理的 同时， 将塌方的情况及时向上级单位汇报， 及时 赶赴现场组织相关单位人员进行现场踏勘、 研 讨、 拟定塌方处理方案。 首先由总监办、 驻地办、 监控量测组、 施工单位四方打分确定围岩类别， 经对围岩各项指标进行综合评定后，判定该围 岩达不到Ⅳ类 ， 岩性与设计中的弱、 微风化粉砂 岩不符，主要以炭质页岩为主，为V类强风化 岩。 根据对围岩类别的判定结果， 四方负责人经 过认真分析 、 探讨 ， 确定塌方处理方案 详见图 2 、 图 3 罔2臻赢处理童碗霉煮周 凰 ⋯ 塌 方 处 理 纵 壹 ．蚕 意图 3 ．1 被埋开挖台车不能移动或拉出， 塌碴不 能清除 ， 对现有掌子面、 塌方面 、 塌方体用 C 2 5 的喷射砼 陕 速封闭， 复喷至厚度 2 0 c m止。 3 2对右半部拱顶塌穴内采用 H1 5 0格栅 架临时支护， 间距 8 0 c m， 外加铺 ‘ p 8 钢筋网喷射 砼封闭， 以利下道工序施工安全。 3 ．3 从 z K 9 6 8 2 5 K 9 6 8 3 5 段， 计 l O m， 将 原设计 I v类深埋段变更为 v类深埋段支护施 工。设置超前支护， 即施作一环 中8 9 x 6 m m超前 中管棚 ， 每环 3 5根 ， 长度为 1 5 m ； 加强初期支 护， 即按 H1 7 5 型钢拱架 环向间距 4 0 c m d P 2 5 中空注浆锚杆 L 3 ．5 m 、 8 0 8 0 c m 8 钢筋网 2 0 x 2 0 c m 厚 2 5 c m喷射 C 2 5 早强砼施工。 3 ．4 待穿过该塌方段后， 对塌方段初期支护 预留 4 2 x 4 m m注浆小导管进行压浆回填处理， 采用 1 1 水泥浆注浆处理 ， 注浆导管长 L 5 ．0 m， 计 3 根。 4 施工方法 4 ． 1 对塌穴封闭待其稳定后 ， 在塌穴拱部安 装 H1 5 0 小格栅支护， 格栅截面尺寸参照设计图 中H1 5 0型制做 ， 环向尺寸根据塌穴具体尺寸确 定。 格栅拱架就位后立即打设锁脚锚杆， 挂网喷 射砼。 总的原则是在该地段布设双层拱架， 为下 残余强度和锚杆锚固力，可有效阻止两帮相对 图4注浆孔布置图 士 塞 移近和底鼓，是控制深井煤巷围岩稳定的重要 技术。某工作面两巷注浆孔布置图见图4 。 结语 煤矿的深部开采以及在深部开采中所显现 的一些特点 ，已越来越多的制约着煤矿的快速 发展， 影响着矿井的作业安全。 只有采用合理的 支护设计， 才能更好地保障煤矿的高效发展， 降 低深部开采带来的安全隐患， 实现深部煤炭的 高产、 高效 、 安全开采。 参考文献 [ 1 】史元伟． 国内外煤矿深部开采岩层控制技术 ．煤炭工业 出版社 ， 2 01 0 ． 郎庆田， 孙春江．煤矿深井开采技术嗍 ． 中国矿 业大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． p 】 王卫军， 李树青， 欧阳广斌．煤矿深部开采的围 岩控制技术研究 ．岩石力学与工程学报 ， 2 O o 6 ． 『4 ] 柏建彪， 侯朝炯． 深部开采的围岩控制原理和 技术研究兀 Ⅵ ] 冲 国矿业大学出版社， 2 0 0 6 ． 【 5 ] 肖福坤， 孙豁然． 深井巷道围岩稳定性分析叨． 中国矿业 ， 2 0 0 8 ． 中国新技术新产品 一1 0 7 一 一 T 上 0 8 一 韪