深井软岩动压巷道失稳原因及处置技术研究.pdf

增刊 铁法科技 2 0 1 6 年l 2 月 深井软岩动压巷道失稳原 因及 处 置技 术研 究 大强煤矿 郑小东 摘要针对大强煤矿 0 9 0 6工作面两顺地质条件， 寻求巷道稳定控制技术， 通过工业性试验检验 ， 使得 研究试验前的强烈变形得到基本控制； 针对深井软岩破碎巷道顶底板综合处置技术， 试用锚杆机和底板锚索 钻机 的过程 中， 重点解决 了底板打锚索施工的困难。 关键词 深部开采 软岩破碎巷道 动压 支护技术 根据大强煤矿 0 9 0 6综放工作面掘进期 间工程 实际， 依据长期 的现场调查和变形监测， 对该矿千米 深井软岩破碎巷道动压影响因素、 特性进行了分析 ， 得出了动压主要原因。认为动压是由于巷道底板处 于敞开状态 而成 为巷道变形 和应力释放 的主要 场 所 ， 软弱破碎的围岩在地应力作用下挤压流入到巷 道 内， 形成较大的挤压流动性底鼓。 在此基础上 ， 针对该矿 0 9 0 6工作面两顺地质条 件 ， 依据研究 的成果 ， 寻求巷道稳定控制技术 ， 并通 过工业性试验检验， 使得研究实验前 的强烈 变形得 到基本稳定 ， 试用了锚杆机和底板锚索钻机。针对 深井软岩破碎巷道顶底板综合处置技术 ， 重点解决 了底板打锚索施工 的困难。现场的跟踪监测表明 ， 该技术能有效治理底鼓 ， 还能加强两帮稳定性。 1 工程概况 大强煤矿 0 9 O 6 综放工作面掘进期间， 设计断面为 圆拱形 ， 净宽、 净高为 5 ． 4 x 4 ． 3 m， 井下标高 一1 0 8 0 m， 巷道围岩主要岩l生为砂质泥岩， 受断层和褶 曲影响， 地 层产状变化大。同时已探 明的众多断层相互交叉切 割， 导致围岩破碎、 抗压强度降低、 整体稳定性差。该 巷道实际掘进后采用了4 ． 6 m一 3 6 U型钢圆形棚， 支护 形式采用锚、 网、 支、 喷联合支护形式。 8 0 0 6 0 0 鲻 4 0 0 矗 {靠 篝 E 2 0 O 窿 O l 0 2 0 3 O 4 O 5 0 6 0 7 O 时 问 ／ d 7 o o 6 0 0 5 0 0 o 。 餐 3 O O 避 2 0 0 l O O O 5 l O l 5 2 0 2 5 3 O 3 5 时间／ d 图1 累计收敛时间图 1 2 5 增刊 铁法科技 2 0 1 6 年1 2 月 为了确保试验巷道的稳定性 ， 同时对支护技术 进行研 究。在 巷道 掘进后 ， 选择 动压较 为严重 的 5 0 m段 ， 每隔 1 5 m设一组监测点 ， 在两帮和底板上 各安设一根测杆 ， 测杆锚入 围岩深度 ≥0 ． 5 m， 杆头 刷红色油漆作为标记 。先记录下打底锚索前 的底鼓 数据 。 根据长期的现场监测 ， 绘制 累计收敛时间图。 由图 1 可知 ， 在该段巷道 内， 3个监测断面显示两帮 累计收敛量平均在 5 0 0 m m左右 ， 前两个监测断面平 均动压值在 5 0 0 m m以上。在现有的支护形式下 ， 巷 道围岩极不稳定 ， 底板及两帮均有失稳趋势。由于 0 9 0 6运输顺槽是大强矿 区的主要运煤通道， 动压将 会对胶带机及运煤系统产生严重影响， 因此巷道底 板的治理是亟需解决的问题。 2 动压原 因及动压特性探讨 2 ． 1 动压影响因素分析 研究表明 ， 影响动压的因素很多 ， 其 中主要有底 板岩层性质 、 围岩应力状态 、 水理作用和支护强度 等， 针对大强煤矿具体情况 ， 底鼓具体影响因素分析 如下 1 底板围岩状况。巷道底板岩层 的强度和结 构状态 破碎结构 、 薄层结构 、 厚层结构 对底 鼓起 着决定性的作用。主要表现为 底板岩层 的结构状 态决定着巷道整体动压的类型 ； 底板岩层的强度 、 分 层厚度和破碎程度决定着底鼓量的大小。大强矿区 大多数巷道底板围岩以泥岩和砂质泥岩为主， 岩性 极为破碎 ， 属于大规模松散破碎 围岩 ， 在这种条件下 巷道极易产生动压 。 2 围岩应力。当围岩应力达 到一定条件 时， 巷道底板被破坏。围岩应力越大 ， 动压也越严重。 3 水理作用。浸水后 的巷道底板往往产生严 重的动压 ， 一般表现为两个方 面 ① 底板岩层浸水 后， 其强度降低， 从而更容易破坏。② 泥质胶结的 岩层 ， 浸水后易破碎 、 泥化、 崩解 ， 甚 至强度完全丧 】 2 6 失。在掘进初期由于喷浆及底板支护的不到位， 容 易导致围岩弱化 ， 大大降低围岩强度， 导致底板破坏 形成底鼓。 4 支护强度与支护形式。 目前铁煤矿 区大多 数巷道底板通常处于敞开不支护状态 ， 处理巷道动 压的主要方法是加强支护和拉底 ， 因此动压问题 始 终无法彻底解决。 2 ． 2动压特 性分 析 巷道埋深均在 一l O 0 0 m 以下 ，且处于断层破碎 带内， 是典型的深井软岩破碎巷道。通过对巷道 的 现场工程地质调查和监测分析 ， 大强煤矿深井软岩 破碎巷道动压有如下基本特征 1 所有巷道均出现不同程度的动压 ， 仍然需 要经常卧底以缓解底鼓压力。巷道 围岩变形量的主 要部分 ， 研究巷道 内测点 1和测点 2在底板 治理之 前的底鼓量与两帮累计收敛量的比值分别为 1 ． 2和 1 ． 6 5。 2 大强矿 区软岩破碎巷道通常容 易形成倒 立 三角形或圆弧形底 鼓。围岩岩性、 巷道所处地应力 对底鼓的形式起着控制作用。同时底板岩性主要是 泥岩和砂质泥岩 ， 比较破碎。在这种地应 力和岩性 的条件下 ， 底鼓多数为中间集中隆起并产生裂缝 ， 使 得轨道倾斜 ； 或中间部分不对称上升。 2 ． 3 底鼓原因探讨 主要原因 底板没有进行主动支护 ， 底板成为巷 道的应力和变形的释放场所 ， 加之围岩 的软弱破碎 和深井的高地应力作用， 巷道破碎围岩会发生挤压 流动 ， 缓慢的进入到巷道 内并造成底板的破坏 ， 属于 挤压流动型底鼓。 3 底板处置技术及治理效果 3 ． 1 底板处置技术 根据对深井软岩破碎巷道底鼓影响因素 、 底鼓 特性和底臌原因的分析研究， 结合相关理论与工程 增刊 铁法科技 2 0 1 6 年1 2 月 实践提出如下 的底板治理方案总体施工工艺 8 0 卧底 拉底 一施工锚索孔一安装锚索一上托 盘 4 0 0 X 4 0 0 m m 一预紧张拉 。 对于断层破碎带 的底板松散 围岩 ， 首先要卧底 至巷道断面设计底板高度向下 2 5 0 4 0 0 m m， 去除 表面松散 围岩 。 施工锚索孔。巷道底板锚索孔施工采用 Z Q J 一 3 0 0气动架柱式底板锚索钻机 图 2 ， 配用 q b 6 5 m m 2 m麻花转杆 ， q b 8 O mm的冲击钻头和 c b 2 8 ． 6 m m X 8 ． 3 m锚索施工。该钻机能适应不 同施工环境特别 是在巷道中， 施工成孔质量好 ， 速度较快 ， 每米进尺 大约需 l O mi n ， 施工 时需人工或接设一根风管将倒 沫及时清理 ， 以防堵孑 L 。 图2 z Q J 一 3 0 0气动架柱式底锚钻机 施工锚索。深孔高预应力锚索将作用力深入到 底板岩性较好的地层中。锚索施工间距 1 ． 5 m， 排 距 3 m， 采用交错布置 ， 为了降低底脚处应力集中以 及两帮的挤压流动作用 ， 同时防止两帮围岩 向巷道 内的滑动以及扩大承载圈 ， 在巷道底板施工 的锚索 中， 巷道中间两组垂直底板 ， 两边外摆 l 5 。 。 3 ． 2现场监测结果 在实验巷道采用底板治理方案后 ， 继续对巷道 进行变形监测 ， 得到监测数据如图 3所示。监测表 明 ， 底板在治理之后经过一个月左右的时间底鼓速 率下降到 0 ． 0 5 m m ／ d以下， 底板逐渐达到稳定状态。 同时根据两帮位移的监测 ， 发现底板 治理之后两帮 的稳定性也有显著的改善。 量 6 0 ， 坚 羹2 0 0 4结论 1 0 2 0 3 0 d 0 5 0 6 0 时l1 _}J ／ 1 图3 巷道变形监测曲线图 1 深井软岩破碎巷道由于其高地应力和低围 岩强度的特点， 使得巷道整体稳定性较差， 动压问题 严重 。 2 大强煤矿软岩破碎巷道底鼓原 因主要是 ， 在前期只进行两帮和顶板一次支护的情况下， 底板 处于敞开状态并成为巷道应力释放和主要的变形场 所 ， 因此软弱破碎 的巷道 围岩在地应力作用下挤压 流人到巷道内， 形成较大的挤压流动性底鼓。 3 采用打地锚索的底鼓综合治理技术 ， 不仅 能够有效控制底鼓， 还能显著改善两帮围岩的力学 性能， 降低两帮围岩收敛速率， 减小了工人的劳动强 度， 提高了劳动效率， 确保了工作面的高效推进。 作者简介 郑小东 1 9 8 6一 ， 男， 助理工程师， 2 0 1 1 年毕业于辽宁 工程技 术 大 学 ， 现 在 大 强 公 司 综 维 一 队 技 术 员。联 系 电 话 1 5 2 4 1 0 2 7 4 0 9。 1 27