煤矿软岩巷道

煤矿软岩巷道（精选10篇）

煤矿软岩巷道 篇1

0 引言

中国煤炭90%以上是通过井工开采, 相比较世界先进的采煤国家, 中国的煤层地质条件最差。由于地质条件的复杂性, 中国煤矿生产事故频发, 在瓦斯、顶板、粉尘、火灾和水等五大灾害中, 顶板事故处在第二位。底板事故是由于巷道支护失效引起的, 相比较普通岩石巷道, 软岩巷道支护失效的比例更高, 支护难度更大。为此, 对煤矿软岩巷道的支护技术进行了探讨。

1 软岩巷道基本概念

软岩主要包括了松散型软岩、破碎型软岩、流变型软岩和硬岩软化型软岩等, 软岩松散破碎, 岩体构造比较松散, 孔隙率较高且岩体强度小、稳定性差, 泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩和粉砂岩等都属于软岩, 一般抗压强度均小于200 MPa, 和硬岩相比, 软岩的吸湿性比较强, 遇水易膨胀发生岩体崩解。软岩膨胀一类指高岭石、蒙脱石类膨胀性岩石的膨胀变形过程, 另一类是指软岩岩体在巷道内发生的空间位移变形过程。软岩巷道容易变形, 且变形持续时间较长, 有流变性质, 变形时间一般持续在2个月左右, 严重的会持续到6个月, 软岩巷道的变形速度很快, 一旦开始变形范围会逐渐扩大, 对巷道整体安全有很大影响。

软岩巷道的主要特征就是自稳时间短、围岩变形量大且软岩周围来压明显。软岩巷道的自稳定时间是指在巷道没有支护稳定的情况下, 围岩逐渐失去稳定性出现冒落现象。一般软岩巷道的自稳时间只能持续几十分钟甚至几个小时, 软岩巷道来压较快需立即进行巷道支护或超前支护, 才能保证巷道持续稳定防止围岩冒落。增加软岩巷道的支护能增加围岩强度, 巷道稳定性能和巷道断面形状、挖掘方式和巷道地理位置有很大关系。

软岩巷道容易发生变形, 在支护条件较好的情况下, 围岩均匀量在60 mm~100 mm以上, 如果岩体巷道支护条件不好, 变形量可达300 mm~1 000 mm以上。在比较坚硬的岩层中围岩对支架的压力主要来自于顶板, 而中度硬岩对支架的压力主要来自于顶板和岩体两侧, 软岩巷道的支护压力主要来自于四周且底鼓明显, 松软岩层的土质结构比较疏松且岩体强度较低, 很难承担上部岩层的重量, 因此软岩的围岩在自重地压影响下会发生垂直变形作用[1,2,3]。

2 软岩巷道支护中的问题

2.1 岩石强度较低岩体破碎

煤矿区软岩一般为泥岩、炭质泥岩和砂质泥岩等, 这几种软岩的抗压强度比较低且岩体强度比较低。软岩巷道的围岩松散, 在应力稍高状态下容易发生围岩变形问题, 且巷道岩石主要呈节理发育状态, 岩体破碎很难进行岩体支护工作。

2.2 围岩的应力水平较高

岩石强度较低是形成软岩的重要原因之一, 岩石强度和地应力的关系紧密, 围岩应力水平高主要是由于煤矿巷道开采深度较大, 巷道集中应力作用强且构造应力大, 在巷道连接处由于受临近巷道挖掘深度的影响, 围岩需承受一定的集中应力, 集中应力过强容易改变岩体的稳定状态, 使岩石从稳定状态变为软岩状态。

2.3 岩石吸水性强

含有蒙脱石、伊利石和高岭石等类型的粘土矿物质的岩石遇水容易膨胀, 且岩石吸水性比较强, 遇水后膨胀效果比较明显, 因此在开挖软岩地质时需展开治水措施, 防止岩体遇水膨胀后难以维护[4]。

3 软岩巷道掘进支护技术

3.1 锚杆联合支护技术

锚杆支护主要用于锚网喷技术和锚注技术, 对提高软岩巷道稳定性有很大帮助, 使用锚网喷技术时, 要将锚杆固定在未被破坏的岩石上, 防止围岩松动变形破坏锚杆稳定性, 之后要喷射混凝土喷层以封闭围岩表面, 在喷层中铺设1层钢筋网可提高喷层支护强度和柔韧性, 提高整个支护构造的强度;锚杆和混凝土喷网、钢筋网组成的支护体具有较强支护能力, 和围岩紧密结合不仅能提高围岩承载力, 还能在围岩变形中提供辅助力进行保护, 防止围岩产生其它有害变形影响巷道稳定性。

锚柱支护技术是在巷道开挖过程中, 对完成挖掘施工的巷道围岩进行喷浆封闭处理, 防止巷道围岩经过风化变形或损坏, 之后在围岩中打入注浆锚杆进行注浆加固施工, 锚柱支护技术利用了锚杆支护和注浆加固两种手段进行岩体加固, 既有锚杆支护的特点又可通过锚杆进行岩体注浆, 浆液填充到岩石缝隙内经过压密处理后, 可改变围岩岩体结构, 将原本松散的围岩变成具有较强承受能力和抗压性的岩石, 能适应较为复杂的应力以增加巷道稳定性。

3.2 锚网喷支护技术

a) 锚网喷支护技术具有及时性、紧密型且柔性好特点, 主要采用先进的施工工艺, 操作简单且经济安全, 广泛适用于煤矿软岩巷道的支护施工中。今年来开发的高强锚杆进一步提高了锚网喷支护技术的支护能力, 同时也扩大了锚网喷支护技术的适用范围。锚网喷技术主要是由喷层、锚杆和钢筋网三部分组成, 喷网施工及时且能和围岩紧密结合, 因此能有效防止围岩发生风化和潮解并加强围岩的强度。喷网中钢筋网能增加喷网的柔性, 用来加固围岩可提高喷网的抗变形性, 减少围岩中的裂缝保证岩体的整体性。使用喷网支护能有效提高围岩强度, 防止岩体被风化, 且均匀分配喷层的应力, 改善围岩的整体稳定性;

b) 锚杆是整个喷网支护体系中最为关键的部分, 锚杆可和喷网相连接以提高岩石稳定性, 有效控制住塑性区和岩体破碎区的扩大, 使用锚网喷支护可在岩体没有发生变形前注入岩体内, 及时提高岩体稳定性和外来承载力, 可在岩石变形前保持岩体固有的稳定性, 不用进行过多修复即可有效防止巷道围岩变形。在巷道支护施工中, 要根据不同的围岩种类选择不同类型的锚网喷支护结构和施工方法, 对岩性较好的地方可采用分次施工工艺进行巷道支护施工, 岩性较差的区域最好一次性完成岩体支护施工[5];

c) U型钢和锚网喷的联合支护技术。针对岩体松软破碎的区域, 单独使用锚网喷支护技术的支护效果比较弱, 因此需在锚网喷支护的基础上增加U型钢进行二次支护。第一次加护要先使用喷网封闭岩石, 能及时加护岩体提供一定的初锚力保护, 能有效防止软层巷道围岩变形。使用第一次加护后可采用U型钢材质的可伸缩支架进行第二次支护施工, 可进一步提高围岩的稳定性防止深度变形;

d) 砌碹技术。砌碹技术在软岩巷道支护中的运用时间比较久, 属于传统支护技术, 通过支护体系本身的强度承载围岩的矿山压力, 和围岩形成整体的抗压屏障以提高岩层抵抗力。当巷道围岩中岩体破碎严重且单独采用锚喷支护效果不明显时, 适合使用砌碹支护技术, 可有效改善巷道围岩不稳定状态, 防止顶部岩石脱落。

由于煤矿巷道内部结构本身就不规则, 支护体不能全面接触岩层, 而砌碹支护结构属于刚性支护, 最先接触岩层的部分会发生变形, 当承受压力过大时, 某部分的支护体发生崩解或损坏, 会直接影响岩层的稳定性和煤矿掘进安全。

4 结语

软层巷道支护施工是一项复杂的施工过程, 矿井挖掘深度越深, 巷道受应力的影响就越强, 一旦巷道围岩发生脱落、坍塌, 会给煤矿生产带来严重影响, 因此在进行巷道支护安全施工时要根据施工地围岩状况和条件选择合适的施工工艺和支护技术, 分析软层巷道支护中的问题, 并根据具体安全问题有针对性地采取解决措施, 实现经济安全的巷道支护。

摘要：随着软岩矿井煤矿开采数量的增加, 软岩巷道的施工维护问题已越来越突出, 对煤炭生产安全有重要影响, 采用经济有效的软岩支护方法进行巷道支护是目前煤炭生产中必须要解决的问题。叙述了软岩巷道的基本概念及软岩巷道支护中的问题, 指出并分析了软岩巷道掘进支护技术。

关键词：煤矿,软岩巷道,锚杆联合支护技术

参考文献

[1]乔卫国, 孟庆彬, 林登阁, 等.深部软岩巷道锚注联合支护技术研究[J].西安科技大学学报, 2011 (1) :22-27.

[2]孟庆彬, 乔卫国, 林登阁, 等.深部高应力膨胀性软岩泵房支护技术[J].金属矿山, 2010 (8) :11-14.

[3]李刚, 梁冰, 张国华.高应力软岩巷道变形特征及其支护参数设计[J].采矿与安全工程学报, 2009 (2) :183-186.

[4]贺永年, 韩立军, 邵鹏, 等.深部巷道稳定的若干岩石力学问题[J].中国矿业大学学报, 2006 (3) :288-295.

[5]何满潮, 谢和平, 彭苏萍, 等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报, 2005 (16) :2803-2813.

煤矿软岩巷道 篇2

【关键词】煤矿；巷道；支护；对策

煤矿的开采时间越长，矿井越深，矿井上部的压力越大，这时的巷道极易因为压力过大而导致变形，尤其是在软岩地质的地方。这种情况不仅增加了维修消耗，影响煤矿的正常开采，对于采矿工作人员的生命安全也造成了很大的威胁。因此，必须加强巷道的支护工作，让煤矿开采更加的安全顺利。

1、软岩的概念

1.1软岩的基本概念

软岩分为工程软岩与地质软岩两大类。其中，工程软岩指的是在工程力的作用下能产生明显塑性形变的岩体，工程软岩取决于岩体强度与工程力之间的相互关系。而地质软岩指的是孔隙度大、强度低、风化比较严重或胶结程度差的松软岩层，其主要取决于岩层自身结构，与工程里无关。

1.2软岩的特性

软岩具有两个工程特性，一是临界荷载，实验表明，当软岩荷载在小于某一临界值时，岩层处于稳定变形状态，其蠕变曲线趋于某一定值，不随时间的变化而变化。当荷载超过这一临界值后，岩层的塑性形变会出现明显的加速现象，这一临界值的荷载成为临界荷载。荷载小于临界荷载时岩层称为硬岩，荷载超过临界荷载后，岩层的塑性形变不稳定，此时称为软岩。另外一个特性是软化临界深度，软化临界深度与软化临界荷载时相对应的。当巷道深度小于某一深度时，岩层变形不明显，不会出现大变形，但是当巷道位置超过这一深度后，岩层会有明显的塑性形变，还会出现难以支护的情况，这一深度就是岩层的软化临界深度。

2、软岩巷道变形破坏的原因及特点

随着煤矿的开采，巷道深度的不断增加，巷道围岩构造也越来越复杂，如果围岩处于软岩层就容易造成巷道的不稳定，引起巷道四壁的位移，并对巷道支护系统造成一定程度的破坏，严重的影响巷道的正常使用。通过专业的科学的测量发现巷道破坏的原因以及特点有以下几点。

2.1巷道建设初期变形速度快，持续时间长

实际证明，在巷道挖掘初期，巷道的变形比较大而且也比较快，而一周后，巷道变形开始变慢，但变形仍然明显，一般一个月之后巷道才趋于稳定。出现这种现象是因为软岩巷道长期处于深埋状态，挖掘之后软岩的承压发生变化，巷道围岩受力重新分配而造成的。

2.2各位置的变形量不同

软岩巷道挖掘后其四壁会出现不同的位移现象，主要表现为地板凸起，顶板下移，两壁内移。并且其变形量都各不相同，一般底板与顶板的变形量大于两壁。而巷道的不同结构变形情况也各不相同，其中最为严重的部位是巷道的拱部，严重了甚至会出现墙体开裂等情况。

2.3锚杆受力存在时效性

由于巷道变形具有一定的时效性，因此锚杆受力也随之具有了一定的时效性，并且随时间而呈规律性变化。因为建成初期锚杆的安装应力较低，其承受能力也比较底，而巷道初期变形有比较严重导致锚杆变形，严重了还会导致锚杆断裂。

3、软岩支护存在的问题

3.1巷道支护强度不足

在软岩巷道支护的设计时，技术人员对巷道变形部位没有深刻的认识，设计巷道支护时对于巷道支护的强度设计不够。其中巷道下壁的拱肩和巷道拱部变形尤为严重，经常出现凸起和墙体开裂等现象。

3.2锚杆预应力不足

预应力是利用锚杆支护的主要参数，它是判断锚杆支护状态的主要依据。预应力的大小与锚杆的支护强度呈正比，预应力越高，锚杆支护强度也就越大，岩层越稳定。预应力越低，锚杆支护强度变弱，主动性也就越差，此时岩层的围岩强度就会降低，导致巷道出现明显的塑性形变。因此，在锚杆的安装设计时，必须根据实际情况认真考虑预应力的大小，充分发挥锚杆的作用。

3.3应力区支护强度不足

地应力与围岩的承受能力决定了软岩巷道的变形情况。地应力一般情况下分为水平主应力和垂直主应力，如果在设计巷道支护时对于地应力的估计不准确，就容易造成应力区的支护强度不够，引起想到的大幅度变形，影响煤矿的正常开采。

3.4施工过程中的质量问题

在软岩施工阶段，施工人员如果没有按照规定进行爆破，就会造成巷道的挖掘与设计不符，使得以设计好的巷道参数出现一定的误差。并且因爆破不足也容易导致巷道成形效果达不到预期，还易造成围岩破碎，影响巷道结构。在验收时，验收人员的草草收工，不按照正常的顺序验收，也容易造成软岩巷道安全隐患的遗留。

4、软岩巷道支护技术

4.1软岩巷道支护的技术关键

根据软岩的力学特点，要使软岩巷道支护取得成功要把握好三个技术关键：正确的确定软岩变形机制的复合型、将复合型有效的转化为单一性和合理的运用复合型变性力学机制的转化技术。在支护设计时不能只进行单一型的支护设计，要根据每个受力点的力学特性使用联合支护方式，设计最适合复合型变形力学特点的支护方案，确保软岩巷道支护的综合性能。

4.2最佳支护时间

在巷道的挖掘过程中，巷道围岩的受力分布也会随挖掘的进行而重新分配，其切向应力将会集中在巷壁附近，迫使这一地区的岩层进入塑性工作状态，形成塑性区。此时如果没有及时有效的进行支护处理，塑性区就会发生较为严重的形变，从而形成松动破坏区。松动破坏区不同于塑性区，松动破坏区并不具备任何的承载能力。塑性区分为稳定性塑性区和非稳定性塑性区。其区别就在于塑性区是否出现了松动破坏。未出现松动破坏的塑性区称为稳定塑性区，反之称为非稳定塑性区。在高应力的软岩巷道中，要严格控制非塑性区的出现，允许稳定塑性区的出现，因此要选择最佳的支护时间，保证塑性区的稳定性又要最大限度的发挥塑性区的作用。

4.3软岩巷道支护技术改进

第一，提高支护强度，锚杆支护系统一般都具有一个刚度与强度的临界值，如果低于这个临界值巷道就会开始发生不稳定的形变，使围岩遭到破坏。第二，提高锚杆的预应力，锚杆的预应力越高，支护系统越具备主动性，其支护强度也就越大，反之就会造成围岩强度降低，使得巷道变形。因此只有提高锚杆的预应力才能最大程度的发挥锚杆支护的作用。第三，扩大下扎脚，在支护设计时，可以加长锚杆底脚或者增大下扎脚来防止巷道底部的凸起现象。第四，努力使支护材料之间的匹配最优化，只有保证支护材料的参数与其部件力学性能想匹配，才能保证支护系统的正常工作，起到支护系统的预期效果。

5、结语

煤矿软岩巷道变形力学机制 篇3

煤矿软岩巷道工程作为软岩工程的一个主要组成部分,其支护理论必须以符合软岩塑性大变形力学特性的软岩工程力学理论为基础。软岩工程力学是近年来发展起来的,是与岩石力学有关的一门新兴力学分支,它是借助工程地质学和大变形力学的集成分析方法,研究在工程力扰动作用影响范围内软岩工程岩体的力学行为的科学。

应力扩容型的变形力学机制有以下几方面:

1 构造应力机制

在地质历史时期,煤系地层经历了多期地质构造应力的作用,岩层本身以弹性变形的形式储存了变形能。在地层中掘进巷道,这些变形能以变形的形式向临空区释放,宏观上表现为岩层的扩容膨胀。另外,岩层在巷道成形时,应力状态从三维向二维转变,在构造应力作用下,又极易发生破坏而产生非线性弹塑性变形,这是一种与时间有关的变形。这种变形往往导致软岩支护的宏观破坏,其特征是方向性破坏明显,破坏程度与深度无关。构造应力一般以水平构造应力为主,在构造应力显著地区,巷道两帮破坏往往颇为明显,其力学模式示见图1。

2 水的作用

水的作用可分为两大部分:力学作用和物理化学作用。水的力学作用又分为静水压力作用和动水压力作用。

当在含水岩层中开挖巷道时,围岩稳定首先受到地下水泄出的影响,作为一种动水压力作用使支护(如喷层等)难度增大。一旦支护体形成,增加了支护体变形和破坏的可能性。另外,地下水的泄出增加了其与其他泥质软岩接触的机会,使泥质软岩的有膨胀潜能的矿物急剧膨胀。其机制是前面讨论过的晶粒化学膨胀机制和黏粒胶体膨胀机制。

3 自重应力

由上覆围岩自重引起的自重应力为垂直应力,并引起相应的水平应力。软岩巷道的破坏表现出明显的与深度有关而与方向无关的特点,即在开挖浅部巷道时,按常规支护形式,巷道变形破坏不很明显。随深度增加,巷道变形破坏变得严重起来,而破坏的方向性不甚明显。这些特征往往表现为重力机制起作用的扩容膨胀。

4 工程偏应力

巷道开挖后,围岩应力发生了较大改变,切向应力在岩壁附近出现局部集中现象,越远则越接近于原岩应力状态。同时,一个巷道的开挖,对旁侧相邻巷道围岩有影响。这种影响在巷道围岩中任一点的应力状态可用二阶应力张量表示,即

此二阶应力张量可分解为两部分:球形应力张量和偏应力张量,即

球形应力张量不引起形变,它是一种三向均压状态。偏应力张量引起巷道围岩的变形破坏,因此工程开挖引起的偏应力局部集中是软岩巷道变形破坏的重要原因之一。其特点与开挖的断面、巷道密度和交叉方式有关。

结束语

在研究了软件岩变形的基础上,用工程地质学研究和非线性大变形力学研究相结合,建立以软岩的概念及分类、软岩连续性概化模型和连续性概化方法,软岩本构关系模型及其参数确定,软岩工程岩体大变形计算方法的应用,软岩工程非线性大变形力学设计等为基础、以软岩工程变形机制确定和复合变形力学机制转化为核心的软岩工程力学理论体系。通过10余年的理论研究和工程实践,软岩工程力学理论不断得到完善和发展,解决了所承担的煤炭、水利、交通、国防等22个工程单位31项关键工程和国际合作项目中的软岩支护难题,取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]何满潮.煤矿软岩变形力学机制与支护[J].水文地质工程地质,1997(2).

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[3]刘永亮,李万庆,张宇.河北省煤矿生产重大安全事故管理对策及应急预案研究[J].河北工程大学学报,2007(3).

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[5]陈国荣等.锚杆支护的神经网络设计系统及其应用[J].工程地质学报,1999,7(1).

[6]卢才金等.改进的BP神经网络在岩体边坡稳定性评价中的应用[J].岩石力学与工程学报,1999,18(3).

[7]岳润田,聂万利,张海.特殊岩层顶板煤巷锚杆支护应用研究[J].河北建筑科技学院学报,2005(1).

[8]史宝娟,宋泽海.黑色金属冶炼及压延加工业系统协同度评价研究[J].河北工程大学学报,2007(3).

煤矿软岩巷道 篇4

【关键词】深部高瓦斯；软岩；巷道

1、引言

1.1研究背景与意义

合理的巷道布置方式和巷内支护是保证双“U”型通风方式下中间巷稳定的两个主要因素。长期以来，众多专家、学者对护巷煤柱宽度和煤柱稳定机理方面研究较多，而对两次采动高应力叠加后的重新演化规律、以及该动态效应对煤柱内巷道维护的作用规律研究较少。为此，本文针对此类条件，从改善巷道围岩应力环境入手，深入分析两侧采动高应力叠加后的动态效应以及其对外圈巷维护的影响规律，提出新型的回采巷道布置方法，并确定合理的煤柱宽度以及巷道支护技术、支护参数。

1.2主要研究内容

（1）提出新型回采巷道布置方法，建立上覆岩层弹塑性力学结构模型，分析该结构在巷道不同阶段的稳定性。

（2）采用数值模拟和理论分析的方法，研究分析两侧采动高应力演化过程中，煤柱稳定机理与巷道围岩变形破坏机理，开发煤柱内沿空巷道合理的支护技术和支护参数。

（3）现场工业性试验，实测巷道矿压显现规律，进一步完善理论分析，总结研究成果。

2、煤柱内沿空巷道上覆岩层结构及其稳定机理

从围岩力学性质和应力环境来分析，沿空巷道是一类特殊的回采巷道。工作面回采后采空区上覆岩层垮落，基本顶初次来压形成“O-X”破断，周期来压即基本顶周期破断后的岩块沿工作面走向方向形成砌体梁结构，在工作面端头破断形成弧形三角块。弧形三角块在煤壁内部断裂并以断裂线为轴旋转下沉，它的运动状态及稳定性直接影响下方煤体的应力分布和变形规律。

工业实践表明：沿空巷道在掘进影响阶段及掘后稳定阶段变形较小，受工作面采动影响后，巷道围岩活动剧烈，加上围岩松软破碎，造成工作面回采时巷道变形量很大。基本顶的稳定状况及位态直接影响沿空巷道围岩稳定状况。

3、煤柱内沿空掘巷围岩稳定性分析及煤柱合理宽度

对处于受采动影响后次生应力发育的应力环境中的沿空巷道，在采用合理的围岩控制技术的前提下，必须考虑巷道的布置，以避開深部强采动带来的高支承压力影响，合理的巷道布置，应使巷道处于较易维护的次生应力环境中。窄煤柱是综放沿空掘巷围岩的一个重要组成部分，其稳定性直接影响巷道整体稳定，因此，开展综放沿空掘巷的窄煤柱稳定性研究具有重要的意义。

根据实践中S1202工作面生产地质条件，S1201工作面运输巷和进风巷之间净煤柱宽度为45m，在此煤柱内沿S1201工作面采空区留窄煤柱掘进S1202瓦排巷，采用FLAC3D有限差分模拟分析窄煤柱稳定性。建立长×宽×高为210m×2000m×85m，模型上部边界施加压力使其等同于上覆岩层的重量，底边界垂直方向固定，左右边界水平方向固定。模型上部边界垂直应力按深度488m、容重25kN/m3考虑，为12.215MPa，最终建立模型如图所示。

4、高瓦斯厚煤层沿空掘巷围岩稳定控制分析

目前，深部巷道围岩控制主要是以锚杆支护为主的围岩加固技术，深部巷道围岩稳定的实现，对锚杆支护提出了以下要求：（1）具有较高的强度和延伸率，提高围岩的抗剪能力，避免顶底板高水平构造应力造成的剪破坏，同时能承受较大的拉力；（2）高预应力，预应力是锚杆支护区别与其它被动支护方式的关键，能提高巷道表面围压。

围压越大，岩石强度越高，在围岩破坏前，围压的增长对于岩石强度的增加并不明显，但围岩破坏后，岩石的残余强度对围压比较敏感，较小围压的增长亦能有效地提高围岩的残余强度，改善被锚固岩体的力学性能，从而有利于保持巷道围岩的稳定。

5、工业试验

S1202瓦排巷掘巷期间，围岩变形40天后趋于稳定，顶底板相对移进量为200mm，两帮相对移进量约230mm；S1202工作面回采期间，1#测站巷道两帮最大相对移近量为688mm，顶底板最大相对移近量为815mm，瓦排巷在S1202工作面前方150m变形开始增大，在工作面后方200m左右变形趋于稳定，在此过程中变形特征表现为缓慢变形、剧烈变形、快速变形和变形稳定四个阶段，巷道稳定后变形量在合理范围内，可以保证正常使用要求，说明此类巷道布置方法和支护技术及之后参数是科学、合理、可靠的。

6、总结

（1）建立了煤柱内沿空巷道上覆岩层结构弹塑性力学模型，分析了基本顶结构在巷道不同阶段的稳定性，揭示了基本顶三角块结构变形运动规律与巷道围岩稳定性的关系。

（2）揭示了煤柱内沿空巷道受相邻巷道掘进、两侧工作面采动时的应力场、位移场和塑性区演化规律，确定了新型巷道布置方法中合理的煤柱宽度。

（3）研究了煤柱内沿空巷道围岩稳定机理，开发了此类巷道围岩控制技术。

参考文献

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术.煤炭工业出版社，2 0 0 7

论煤矿软岩巷道支护技术 篇5

软岩是疏松性岩体, 在特定的条件下生成。软岩的形态通常是泥岩、粉岩状。特点:质地软、硬度弱、形态松、整体散[1]。巷道支护需要将围岩做加固支撑, 为顺利开采提供基础。支护巷道通常考虑是工程力。工程力一般指重力、应力、遇到水作用力和膨胀变化力。依据软岩的理化特性、结构特点将其分四类:低强度高膨胀型类别、高应力型类别、破碎性类别和复合型类别。

(1) 低强度高膨胀型类别的软岩, 其特点是岩质松软、易碎、岩石强度低、遇水易形变 (软化、膨胀等) , 易受扰动影响 (如:风动、震动等) 。巷道支护作业时, 遇到此类软岩, 因其耐扰动能力薄弱, 易变形, 给支护带来诸多困难。软岩中的泥分、松软性、膨胀性颗粒, 致使软岩易形变。

(2) 高应力软岩, 科学技术的发展推动煤矿开采技术的进步。煤矿采掘深度在不断增加, 部分煤矿因重力作用加大, 井巷应力场错综复杂;高应力时, 轻微扰动就会对巷道围岩产生大的影响, 致使围岩破坏、开裂等不良现象。

(3) 破碎性软岩, 围岩层理不同、裂隙复杂多变、岩质松碎、稳定性差。受稳定性差的缘故, 巷道施工工人在巷道开挖和支护作业中带来不安全因素, 可能会导致冒顶、片帮等灾害。

(4) 复合型软岩通常指低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩的任意组合方式。

1 软岩巷道支护原理及原则

1.1 支护原理

当巷道围岩岩层为软岩形态时, 支护要点:寻找、利用软岩的本体承受力。支护原理:以巷道围岩做研究对象, 分析言代替特征, 掌控地压变化, 运用科学合理的设计方式方法, 使支护结构形式、施工作业能应对围岩的任意情形, 从而实现抑制巷道变形、巷道可靠的预期效果。

(1) 强化理论。支护结构形式耐受力与巷道围岩的自承力能相互适应。实践表明, 单纯依靠提高支护刚度来实现巷道围岩牢靠, 不易实现, 无法达到预期目的。

(2) 适当卸压。采用合理手段, 运用加固和支撑相结合方式进行巷道支护。倘若巷道围岩存在高应力时, 予以适当卸压;若巷道变形大时, 可以适当留余量;若岩层松碎, 需及时加固, 以防塌落。

(3) 及时测量围岩岩层形变量, 掌控变形发展趋势, 为二次支护提供可靠依据。

(4) 强化综合治理、连续监控的支护思想。

1.2 支护原则

(1) 巷道岩层的残余强度予以维护保持。

(2) 尽可能提高行到岩层的残余强度3

(3) 运用先进支护技术和工艺, 发挥围岩的自承载能力。

2 支护类别

2.1 整体刚性支护

其形式分为:全封闭钢支架、整体预制模板、现浇封闭钢筋混凝土等[2]。研究表明, 随着支护强度的提升, 岩层受力随之加大。致使支护力提高。整体刚性支护不能很好的解决巷道围岩与支护间的冲突, 故不宜用于围岩形变大、地压高的围岩。

2.2 刚性支护加柔体垫层支护

其形式分为:圆料砌破加可缩层、条带破。可以有效提高巷道围岩强度, 同时该支护自身具有轻微伸缩量, 可起到一定的缓冲作用。但是, 由于砌体自身刚度高, 伸缩量轻微, 因此, 不宜用于围岩形变大的软岩巷道。

2.3 U型钢可缩性支架支护

该支护适用于支护膨胀性岩层、断层破碎带。支架自身伸缩性能好, 支撑力较高。当支架受压形变后, 对围岩载荷有效卸压, 支架的受力有所减小。实际施工中, 其支撑性能不易完全发挥。原因:巷道实施开挖和支护工作时, 无法避免在支架后方出现凹坑, 而凹坑导致支架和岩层紧密贴合度不够。当围岩变形时, 支架负载不均, 容易失稳, 甚至失效。同时存在钢材用量大、成本较高的缺点。

2.4 锚喷支护

普遍认为锚杆及其联合支护是最优支护[3]。通常把锚杆支护认为是主动支护, 但不是所有锚杆都是其主动支护作用。主、被动支护的区别在于:对围岩的支撑力是否为锚杆主动提供的。锚杆在施工时, 必须给予充分的预紧力。

3 支护对策

(1) 采用先进的科学技术优化设计巷道布局。规划前期仔细勘探、熟悉岩层结构、尽可能避开软岩;把控岩层理化特性, 尽量避开高应力区域。

(2) 巷道断面定形要合理。直墙半圆拱断面适用于巷道两侧、下方压力小;马蹄形断面适用于巷道上方、两侧压力大, 下方压力小的软岩巷道;圆形断面适用于巷道四周压力大的膨胀性软岩巷道 (压力不均衡时, 断面改为椭圆形) ;

(3) 合理提高巷道围岩强度。常见的支护技术是锚杆和注浆两种措施。

(4) 保护岩层外表完好度。高的完好度, 有利于提高岩层自承受力。通常采用的措施有喷浆法、设网法等。

(5) 支护结构应刚柔相辅。

(6) 适度提高锚杆支护的预紧力, 发挥锚杆支护主动作用[4]。

4 小结

巷道的设计者和巷道支护的作业人员要根据巷道具体围岩理化特性, 实时选择支护形式, 优化支护方案。为巷道的安全可靠做贡献, 为矿井的安全生产做奉献。

参考文献

[1]何满潮, 邹正盛, 邹友峰.软岩巷道工程概论[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1993.

[2]康红普, 王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[3]付荣, 范明建.煤炭软岩巷道支护现状及发展趋势[J].煤, 2007, 16 (6) :10-13.

煤矿软岩巷道支护技术及其应用 篇6

中国煤炭90%以上是通过井工开采, 相比较世界先进的采煤国家, 中国煤层地质条较差。由于地质条件复杂, 中国煤矿生产事故频发, 在瓦斯、顶板、粉尘、火灾和水等五大灾害中, 顶板事故处在第二位。顶板事故是由于巷道支护失效引起的, 相比较普通岩石巷道, 软岩巷道支护失效比例更高、支护难度更大[1]。为此, 在传统巷道支护方式的基础上, 采用联合支护方式对软岩巷道进行支护, 对软岩巷道的支护原理和煤矿软岩巷道的支护技术进行探讨。

1 软岩巷道支护原理及特征

巷道开挖后, 围岩原始应力遭到破坏, 岩体经应力调整后达到二次应力状态, 二次应力主要为弹、塑性分布, 具体主要取决于岩石强度, 巷道开挖后, 巷道周围的部分岩体应力超出岩体的屈服强度, 使岩体进入塑性变形, 如不加强支护会造成巷道破坏, 其特征主要表现在:a) 由于软岩的单轴抗压强度低, 周边围岩受应力集中影响, 两帮容易发生侧向变形, 顶板岩石因自身重力及上部岩层载荷影响产生塑性弯曲变形;b) 初期变形速率大, 因水平构造方向应力大于垂直方向应力, 巷道在掘进时卸载迅速, 表现为巷道初期变形速率大, 极易发生冒顶片帮事故;c) 巷道变形具有时效性, 由于软岩岩性极易受节理侵蚀, 岩体松散流变性增强, 当两帮围岩整体性较差时, 易造成大面积片帮[2]。

2 软岩支护技术研究与实践

根据围岩松动圈理论, 原岩巷道开掘后在围岩中形成一个破碎区, 即围岩松动圈, 其外是塑性极限平衡区及弹性区, 支护的主要目的是控制松动圈发展过程中的破胀变形。软岩巷道的松动圈直径往往比较大, 巷道收敛变形量较大, 这就导致采取简单支护方式的效果差, 巷道断面尺寸会发生大的变化, 不能保证人员、运输、通风及其它安全生产需要[3]。为此, 应视巷道围岩条件、地压、服务年限、断面等不同条件, 合理选择支护参数及方式, 现就阳煤新景矿的典型巷道, 采取的相应支护予以说明。

2.1 锚杆锚索+网+钢带+梯形棚联合支护

将基本的刚性支护和锚杆支护相结合, 首先进行锚杆+网+钢带支护, 对巷道围岩补强, 有效控制巷道变形量。按照先让后强原则, 在巷道初期变形后再采用架棚支护, 利用刚性支护为围岩提供支护阻力, 有效控制巷道变形量。

2.2 二次锚网喷支护

“支架-围岩”相互作用原理表明, 围岩本身不再单独是支护体的载荷, 而是具有自稳能力的承载体, 能在一定程度上承担地压。因此, 合理的“支架-围岩”关系可以充分利用围岩的这种天然的承载能力, 减轻支护体负担, 但在围岩松软破碎条件下, 围岩本身的自稳能力较差, 必须通过围岩治理来提高围岩自身强度, 有效改变岩体物理力学性质, 增强巷道支护性能, 提高支护效果。该矿在井底中央水仓施工中, 采用锚索+网+二次喷浆支护, 有效地解决了大断面、交岔点支护围岩松软的难题。a) 围岩暴露后首先进行锚索+网支护, 锚索采用17.8 mm×8 250 mm钢绞线, 托梁采用600 mm的U型钢, 网采用高强度的钢筋焊接网, 这种网纵向和横向钢筋分别以一定的间距排列且互成直角, 全部交叉点均用强电阻压力熔焊在一起, 网孔尺寸规整, 网片刚度大, 弹性好, 混凝土保护层厚度易于控制均匀;b) 尽快以一层很薄的喷射混凝土来封闭暴露面, 这一薄层称为柔性外拱, 与锚索一起形成一个承载环, 这样既改变了围岩的应力状态, 又因为薄层具有很大的可缩性, 给巷道围岩松动圈压力一个充分的释放时间, 然后再对巷道进行二次喷浆补强[4]。

2.3 锚索+网+U型棚联合支护

针对复合顶板巷道采用锚梁网方式对巷道围岩进行加固, 然后利用锚索对形成的应力加固拱打设锚索, 锚入老顶岩石中, 充分利用锚索悬吊、高预应力等优良支护性能, 对巷道起到支护作用。该矿在15号皮带巷带巷施工中, 在上述正常支护的前提下同时套29U型钢棚, 加强护表能力, 29U型钢棚上高阻限位卡缆固定, 确保支架高阻承载能力, 防止低阻滑移。并在两帮棚腿上打锚杆+托板, 加强两帮支护强度, 锚杆采用20 mm×2 000 mm的左旋螺纹力矩锚杆, 托盘采用500mm的16#槽钢, 从力学角度分析, 顶部为拱形结构承载抗压性能好, 能有效抵抗顶板压力, 两帮直墙可视为梁结构, 承载抗压性能较差, 难以有效抵抗两帮的侧压, 因此, 29U型钢棚经常受两帮侧压影响而发生内移, 通过锚杆+托盘加强两帮支护强度, 能有效抵抗两帮侧压, 提高支架承载性能。

3 监测监控

对于锚、网、喷支护的巷道, 其破坏往往具有突发性、隐蔽性, 因此, 必须采取多种方法进行监测监控。坪上煤矿采取顶板岩性探测来确定锚索巷道的支护系数, 即每条巷道开口处要对顶板进行取芯, 煤巷以后每隔300 m取芯一次, 岩巷每隔500 m取芯一次, 取芯探测孔深度必须大于设计锚索长度2 m, 但不得小于5 m, 在上述间距内煤巷每隔50 m、岩巷每隔100m, 由锚杆钻机探测一次, 以便及时修改参数。另外, 对于锚杆、锚索巷道进行矿压观测, 即每100 m设一观测站, 挂一块牌板, 牌板内容为:巷道名称、站点编号、距上一测站距离、顶锚杆测力计读数、加强锚索测力计读数、顶短锚索测力计读数、帮锚杆测力计读数、离层仪的内套筒初始读数、离层仪的外套筒初始读数、观测站两帮宽度、顶底高度、建站时间、观测人姓名等, 并吊挂于巷道顶板中部。通过观测记录数据, 以便及时发现隐患并为同类巷道支护提供准确参考数据[5]。

4 结语

巷道支护方式主要是控制围岩松动圈的扩大, 对围岩进行加固或替换掉破碎围岩, 改变围岩应力状态和岩体强度, 从支护形式看主要是对支护应力从时间和空间上进行叠加, 达到有效控制巷道围岩变形的目的。锚网喷加固破碎围岩使其重新胶结, 改善围岩完整性和稳定性, 提高围岩的自主承载性能, 是破碎围岩支护的关键。锚梁网支护在充分利用锚索悬吊原理的作用下, 有效控制巷道两帮收敛量, 减少围岩变形, 有效提高了软岩支护效果。

摘要：叙述软岩巷道支护原理及特征, 探讨软岩支护技术的研究与实践, 说明巷道变形的监测的方法, 以便在生产过程中有效地指导实践。

关键词：软岩,支护技术,应用

参考文献

[1]张树峰.浅谈软岩巷道监测技术[J].科技信息, 2010 (1) :1007.

[2]王琦.矿井软岩巷道加固修复技术研究[J].科技信息, 2011 (9) :332.

[3]佟利.二次耦合支护技术在矿井软岩巷道中的应用[J].科技风, 2011 (22) :145-146.

[4]屠倩, 郝召玉.软岩巷道修复技术研究[J].中国科技信息, 2012 (11) :75.

浅谈煤矿软岩巷道支护技术 篇7

软岩是在特定的环境下, 塑性变形明显的岩体。这种岩体多是泥岩、粉岩等。软岩的特点可以用软、弱、松、散概括。在煤矿巷道支护施工中, 巷道围岩就是需要施工的岩体;工程力是指岩体上的重力、应力、水作用力、膨胀应力等。软岩通常分:低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩四类。

1.1 低强度高膨胀性软岩, 围岩质地破碎、强度偏低、遇水变形, 对施工中的震动耐受力差。

巷道围岩变形迅速, 给支护带来很大困难。由于软岩中的泥质成分和结构面确定了软岩的特征, 导致软岩产生塑性变形。软岩通常具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性、扰动性等特性。

1.2

我国煤矿开采深度逐年增加, 使得一些矿井重力引起的垂直应力骤增, 构造应力场错综复杂;在高应力条件下, 扰动影响剧烈, 围岩破坏程度加剧, 涌现新裂纹致使煤岩体积扩大, 扩容膨胀。

1.3 极破碎软岩巷道围岩内节理不同、裂隙等结构面, 围岩支体破碎、稳定性差。

巷道掘进工作中可能发生冒顶和片帮, 给支护作业带来诸多不便。

1.4

复合型软岩指上述3种软岩类型各种组合。

2 软岩巷道支护原理与支护原则

2.1 支护原理

软岩巷道支护的重点在于发掘自承能力。支护原理:依据岩层特性, 地压来源, 运用科学设计方法, 使支护体系和施工过程能够适应围岩变形的种种情况, 从而达到控制围岩变形、维护巷道稳定的宗旨。

(1) 改变思想, 支护结构和强度和围岩自承能力相适应, 与围岩变形及强度相结合, 实践证明, 单纯提高支护刚度的做法是难以达到预期效果; (2) 适当卸压、加固与支护相结合的方法相辅相成, 运筹帷幄, 高应力区, 需要卸力合理, 对变形大的区域, 要让度适量, 支离破碎区域, 进行整体加固; (3) 对于围岩变形量测定, 及时掌握围岩变形的活动状态, 根据测定结果予以反馈, 以确定二次支护结构的相关技术参数; (4) 坚持综合治理、持续监控的支护思想。

2.2 支护原则

(1) 维护和维持围岩的残余强度。 (2) 提升围岩残余强度。 (3) 运用新技术、新工艺充分发挥围岩的承载能力。

3 支护类型

3.1 整体刚性支护

通常分为:全封闭钢支架支护、整体预制模板支护、现浇封闭钢筋混凝土支护等。实际上, 支护刚度的增加, 围岩压力相应增大。支护承载力加大, 但是支护载荷却没有下降, 支护的变形和破坏状况没有得到改变。因此, 整体刚性支护无法很好解决巷道围岩和支护间的冲突, 在刚度和强度上无法与变形量大、地压偏大的软岩巷道围岩相对应。

3.2 刚性支护加柔体垫层支护

通常分为:圆料砌破加可缩层、条带破等形式。此方式可以为井巷围岩增加强度, 具有一定伸缩性。但是砌体本身刚度大, 允许变形量微弱, 对变形较大的软岩巷道围岩不适用。同时, 这种方式施工进度缓慢, 工作人员劳动强度大。

3.3 U型钢可缩性支架支护

此方法适用于支护膨胀性岩层、断层破碎带。U型钢可缩性支架有一定的伸缩性, 支撑能力较好。一定条件下支架压缩后, 支架上的荷载降低。但是, 实际使用过程中, U型钢可缩性支架的支撑能力往往得不到全部发挥。主要因素:巷道掘进和支护工艺都无法避免地在支架背后形成不同尺度的空穴, 使得围岩与支架周围不能完全贴合接触。围岩发生变形时, 支架不均匀载荷而产生失稳变形, 支架受力情况恶变, 支架出现弯曲、扭曲等不良变形, 最终导致失效。安全生产需要加大支护阻力, 导致钢支架的质量增加, 钢材消耗使用量增加, 支护成本随着升高。

3.4 锚喷支护

当前公认的最有效的支护方式是锚杆及其联合支护。通常将锚杆支护称为主动支护, 实际并不是所有的锚杆支护都起到主动支护。主动支护与被动支护的区别与支护类型关系甚微, 主要在于支护体是否能够主动对围岩施加预紧力。锚杆安装时, 需要对锚杆施充分的预紧力, 这样有利于消除锚杆构件的原始滑移量, 同时可为围岩提供一定预紧力, 以缓解围岩受拉截面的拉应力。

4 支护对策

4.1 合理优化巷道方位。

在设计阶段充分掌握煤系地层的岩石性能, 合理选择巷道方位, 尽量避开软弱岩层;在地质勘探阶段, 把握岩石物理力学性质、化学性质等, 优化选层、选位, 尽量做到绕开高应力区。

4.2 选择适当的支护断面。

对于顶压大、侧压小、无底鼓的巷道, 优先采用直墙半圆拱断面;对于围岩松软、有膨胀性、顶压侧压很大, 有一定底压的巷道, 采用马蹄形断面;对于膨胀性软岩, 四周压力均很大, 采用圆形断面;四周压力很大且分布不均时, 采用椭圆形断面。并依据顶压、侧压的大小, 选用合理布置方向。

4.3 加强围岩强度。

提高围岩强度是解决软岩支护的根本措施。锚杆和注浆是两种有效的方式方法, 均能促使形成围岩加固的承载圈, 发挥围岩的自承能力, 有效防止围岩的塑性流动。

4.4 提升护表力, 增加围岩表面强度。

围岩表面的完好度对支护效果影响较大, 完整度越高支护效果越好。采取适当措施保护和加强围岩表面强度 (如速喷水泥浆、铺设菱形金属网、锚杆施加预应力) , 改良围岩受力状态, 提高围岩强度, 保护巷道的长久稳定性。

4.5 运用刚柔并济的整体支护结构。

支护结构和围岩变形相适应, 可以有效提高围岩自承能力。如果是高地应力, 要卸压充分。针对大变形, 需适度让压。对于软弱区域, 需采取围岩加固措施。

4.6 加强锚杆支护的预紧力, 努力实现主动支护。

较高的预应力要求锚杆自身具备较高的强度。由于单根锚杆预应力的作用范围小, 可通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到锚杆周围较大范围的围岩中, 形成优良支护结构。

5 结束语

软岩巷道支护充分根据围岩性质, 选择合理的支护对策, 并根据巷道围岩破坏情况, 有针对性的选择适当的支护形式。

参考文献

[1]何满潮, 邹正盛, 邹友峰.软岩巷道工程概论[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1993.

[2]康红普, 王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

煤矿软岩巷道 篇8

新光集团昭阳煤矿近期掘进的-400 m大巷, 采取传统锚喷网支护技术, 由于巷道所处围岩的抗压强度为3.5~24 MPa, 属于软岩, 具有强度小、易破碎、遇水易软化、支护困难等特性, 为不坚固岩层[1]。加上环境因素对岩层造成的破坏, 开挖后巷道的围岩强度降低, 巷道稳定性系数超过极限值, 巷道处于极不稳定状态, 势必会出现顶板下沉严重、底鼓、锚杆托盘内陷等大变形现象。-400 m大巷按轨道运输大巷、回风大巷并行布置, 间距28 m, 回风大巷掘进施工超前轨道运输大巷。大巷经常处于太原组海相泥岩和断层破碎带中施工, 巷道掘进支护问题突出。巷道变形、断面收缩严重, 增大通风阻力, 减小行人安全距离, 大巷底鼓, 又影响轨道敷设质量, 大巷运输难以正常运营。巷道冒顶掉渣将危及人身安全。

2 软岩巷道变形破坏机理与原因

2.1 软岩巷道的破坏机理

当荷载超过支护的极限承载能力时, 巷道围岩的支护就会产生变形和破坏。这些外力主要包括上覆岩层压力、构造应力、膨胀应力、碎胀应力、支承压力及冲击地压。外力作用是影响支护稳定的重要因素, 但岩石性质也是很重要的, 岩石在上述某一种或几种应力作用下, 围岩会首先失稳, 从而引起支护失稳[2,3,4]。

2.2 昭阳煤矿-400 m大巷变形原因分析

(1) 理论分析表明:巷道掘进后, 原有的天然应力状态被破坏, 围岩应力重新分布, 当应力集中的强度超过围岩屈服强度时, 出现塑性区, 如此逐层推进, 使塑性区不断向纵深发展, 临空塑性区将随变形加大而出现松动甚至破坏。

(2) 原支护参数存在以下问题: (1) 支护强度不够, 且难以形成支护的整体性; (2) 锚杆和托盘不匹配, 托盘厚度不够, 部分托盘内陷、反转失效导致锚杆失效。另外, 加上施工过程中锚杆预紧力不足、巷道支护滞后等因素, 巷道关键部位首先发生失稳破坏, 进而导致全断面失效。

3 初始支护参数

巷道断面形状为直墙半圆拱, 巷道原设计支护方式为锚喷网支护, 采用φ20×2 200 mm锚杆, 锚杆间排距800 mm×1 000 mm;4号钢筋网, 网格80 mm×80 mm;用C20混凝土混凝土喷浆, 喷层厚度为150 mm。局部地段用φ15.24×6 500 mm锚索加强支护。

4 变更后支护设计

根据-400 m大巷剖面图的地层构造情况、岩性特征, 确定巷道断面形状为直墙半圆拱, 净宽3 200 mm, 轨面向上净高3 200 mm, 轨面向下到底板按一定的弧形掘至660 mm, 两帮和顶各增加100 mm作为毛断面施工尺寸。

支护参数: (1) 锚杆:采用φ22×2 200 mm和φ22×2 800 mm两种IV级锚杆专用螺纹钢加工而成的高性能锚杆, 锚杆间排距800 mm×800 mm。巷道顶轴线处打锚杆, 沿两侧均匀布置, 两侧底脚处各打一根锚杆, 基本锚杆长2 200 mm, 底脚锚杆长2 800 mm, 底脚锚杆与基本锚杆的间距不大于800 mm。锚固方式采用加长锚固, 每根锚杆采用两节Z2360树脂药卷加长锚固, 锚杆采用新型大托盘, 尺寸为300 mm×200 mm。 (2) 锚索:采用φ22×6 300 mm。锚索排距2 400 mm, 在顶板两侧第2、3根锚杆之间 (两侧1/4圆弧中心处) 以45°角打1根锚索, 其中每孔使用1卷K2350和3卷Z2360型树脂药卷, 锚索采用400 mm×400 mm的大托盘。 (3) 网:采用φ6 mm, 孔100 mm×100 mm的铁丝网。更改后支护状况如图1所示。

5 矿压观测分析

加强支护后巷道表面位移曲线及围岩深部变形曲线如图2、3所示。

根据现场工程实际, 在采用新支护参数的情况下, 对-400 m大巷进行了巷道表面收敛变形监测。在距离大巷迎头100 m处, 从里向外在运输大巷和回风大巷分别布置了5个表面位移收敛监测断面观测站, 每天监测1次, 获得了5个监测断面的巷道表面位移收敛的可靠的数据, 如图2所示。

由图2实测数据分析表明, 在采用新的支护参数支护的情况下, -400 m大巷在掘进期间, 顶底板变化量最大是140 mm, 两帮移近量最大125 mm, 表面收敛率很小, 根据实测数据顶底板变化量平均为135 mm, 两帮移近量平均为120 mm。与原支护相比, 取到了很明显很合理的效果。说明支护巷道在掘进过程中受动压影响范围内有效的控制了围岩的变形破坏。

6 结论

(1) 巷道掘进后, 原有的天然应力状态被破坏, 围岩应力重新分布。由于原支护参数存在支护强度不够, 难以形成支护的整体性;锚杆和托盘不匹配, 托盘厚度不够, 部分托盘内陷、反转失效导致锚杆失效;施工过程中锚杆预紧力不足、巷道支护滞后等因素, 巷道关键部位首先发生失稳破坏, 进而导致全断面失效。

(2) 对昭阳矿-400 m大巷采用加大巷道掘进断面、加大锚杆长度和直径, 配以适量的锚索和更改支护密度等支护方式进行支护, 总结了此环境下的支护参数和实施经验。

(3) 采用新的支护参数支护, 与原支护相比, 取到了很明显很合理的效果。说明支护巷道在掘进过程中, 在受动压影响范围内有效地控制了围岩的变形破坏。

参考文献

[1]张鹏, 王德发.软岩巷道锚杆托盘数值实验[J].内蒙古煤炭经济, 2010 (5) :54-96

[2]姚祺, 杨明.祁东煤矿软岩斜巷支护技术研究[J].能源技术与管理, 2012 (2) :13-15

[3]徐军林, 黄长国.软岩巷道的几种支护方式[J].中国矿山工程, 2007, 2 (1) :27-32

煤矿软岩巷道 篇9

【摘 要】当煤矿进入深部开采后，尤其是在断层破碎带，围岩的稳定性较差，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。文章介绍了软岩的工程特性及影响断层带煤巷围岩破碎的因素，提出了采用“锚、网、喷、索”联合支护控制断层带煤巷围岩控制技术，取得了较好的效果。

【关键词】深部开采；软岩；断层；破碎带；联合支护

在煤矿开采中，当煤矿进入深部开采后，一般会遇见地质构造复杂，地应力变大的情况，此时巷道变形严重，尤其是在断层破碎带，围岩的稳定性较差，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。其围石性质表现出软岩的巷道围岩性质，所以煤炭生产建设形势迫切要求对深部开采软岩巷道问题进行深入研究。这要解决这一难题，就需要在厚煤层深部开采巷道断层破碎带掘进时，采用特殊的支护工艺。

1.软岩的工程特性

1.1软岩的力学属性

软岩中泥质矿物成分和结构面决定了软岩的力学特性。显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。软岩的膨胀性质是在物理、化学、力学等因素的作用下，产生体积变化的现象，其膨胀机理有：内部膨胀、外部膨胀和应力扩容膨胀三种。工程中的软岩膨胀为复合膨胀形式。

1.2软岩的临界载荷

随着应力水平的提高，特别是围压的增大，岩石产生的塑性变形明显增加，使得在低应力水平下表现为硬岩特性的岩石，在提高了应力水平下显示出显著的塑性变形。

1.3软岩的临界深度

与软化临界荷载相对应，岩石亦存在着一个软化临界深度。对给定矿区，软化临界深度也是一个客观量。当地下工程埋深大于软化临界深度时，围岩出现大变形，大地压和难支护现象；当地下工程埋深小于该临界深度时，则围岩的大变形，大地压现象消失，巷道支护容易。

2.影响断层破碎带煤巷围岩破碎的因素

断层附近煤岩体一般较为破碎，再加上巷道开挖后围岩应力状态恶化，围岩变得更为破碎而呈现峰后力学特性。断层附近围岩应力高、围岩的峰后力学特征是围岩变形破坏的重要原因。

2.1围岩应力高

巷道埋藏深度较大，因此巷道顶板所承受应力较高，加之断层带构造应力的影响，巷道开挖后，破碎围岩易于发生进一步破坏。

2.2岩性发生变化

由于岩层的非均质性，部分区域顶板岩性可能发生变化。软岩具有可塑性、肿胀性、崩解性、流变性和易拢动性等特点，仅采用工字钢无法达到支护要求，需要进行联合支护。

2.3应变软化特性

岩石峰值应力后仍具有一定的承载能力，而这一承载能力随着应变的增大而逐渐减小，表现出明显的应变软化现象。如果不加以控制，随着变形的增大，承载能力的降低，破碎煤岩体将进入摩擦阶段，最终导致煤岩体的破坏而片帮或冒顶。

3.支护机理

采用高强度、高预紧力锚杆控制围岩的变形，辅助锚索及钢筋网加强支护，进一步减小锚固区外围岩的变形和离层，并起到对浅部松散围岩的悬拉作用。

3.1支护机理

锚、网、喷、索联合支护是以锚索为主要构件，与钢带、钢筋网等辅助构件共同形成的支护体，其主要的作用支护机理有以下几点：

采用锚索、钢带形成高强度、大收缩性的支护承载圈，即组合加固拱；由于巷道直接顶板内砂质泥岩较薄、构造产状复杂等因素，普通锚杆无法将复合顶板下的软岩全纳入锚杆锚固范围内，难以保证该巷道支护的可靠性。因此必须在普通的锚梁网支护的基础上采用锚索支护，即通过锚索的悬吊作用在深部稳定坚硬的岩层中，与组合梁一起形成一个厚度加大、抗弯强度和刚度提高的新的组合梁结构；采用锚杆支护，可以减少围岩浅部的扩容变形能力，在高应力的作用下扩容变形是不可能完全阻止，通过锚杆、锚索支护可以有效的加固锚固范围的围岩体，可大大减少扩容变形量；采用钢带、钢筋网提高了围岩面的抗拉变形通力，控制围岩的变形量，同时通过钢带形成一个有机的支护体，而不是锚杆、索的独立作用，从而提高了整体支护能力；锚杆、索外端部采用预应力锚盘和钢垫板，提高了抗变形能力，在高应力或采地动压力的作用下通过预应力锚盘提高构件的刚度，减少振动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的强度，使原本的抗性更强。

3.2支护工艺要求

布置顶板锚杆孔时，按设计要求布置锚杆排距和孔深，锚杆要尽量垂直岩层赋存方向，要保证顶板两侧和两帮上下部位的锚杆孔的倾角和孔深，安装锚杆时用锚杆将药卷送至孔底搅拌，保证锚固长度和锚固效果。若遇围岩松软、破碎，则在钻进达到设计深度后稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4Mpa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以利将药卷顺利送入孔底。

钢筋网要对称铺设，保证钢筋网两端紧帖岩壁面，两帮网下垂长度均在350mm左右，然后再沿巷道的横向安装钢带，用锚杆托盘和螺母将钢筋网和钢带压住，施加一定的预应力。网与网之间搭配100mm处用锚杆压茬，提高支护的整体性。

在断层的上、下盘分别布置一定数量的锚索、锚杆，最后用钢筋网、钢带、11#工字钢加工成的锚索梁，分别将断层上、下断的的锚索、锚杆连接，形成一个整体。在中部空隙部分先选用枕木、排柴、楠竹跳板等进充填，最后全断层喷浆封闭。

喷浆：在爆破后清理活矸危石，按照中、腰线检查巷道断面规程后及时初喷50mm厚混凝土，然后安设好临时支护。最后待锚网支护到位后再复喷直至将锚网完全封闭。

4.效果分析

4.1围岩应力得到有效控制

通过观测，在施工过程中不受采动影响的情况下顶板离层、两帮收敛基本不大于50mm。60天基本达到稳定性，其中两帮最大收敛值15mm，顶底板最大下沉量为8mm。

4.2经济社会效益明显

若采用11#工字钢架棚支护，每米支护成本（材料费、人工费）为2091元，由于受压二次备棚支护部分占总工程量30%左右，每米二次支护成本为627.3元，合计每米巷道支护总成本为2718.3元。现采用锚网索喷索支护后，每米支护成本为410元，可直接节约支护成本2308.3元/米。更为可观的是每米巷道多出煤25吨，37m巷道计925吨，获得煤效约37万元。

采用棚式支架，支护材料运输量大，架设难度大，工人劳动强度大；采用锚喷索联合支护后，使巷道一次支护成功，施工工艺简单，大大降低了工人的劳动强度。同时，工期提前，缓解采煤工作面接替紧张的局面。减少了巷道的维修量，避免维修巷道时带来的安全问题。避免了回采时回收11#工字钢架棚时的不安全因素，确保了安全。

【参考文献】

[1]张向东，张虎伟，阮剑剑.软岩巷道锚网索联合支护设计及支护效果分析[J].中国地质灾害与防治学报，2011.03.

[2]谷满，姜光.深井软岩巷道顶板围岩稳定性控制技术[J].煤炭工程，2011.09.

[3]张成银，杜昌要.深埋高应力软岩掘进巷道支护技术研究[J].煤炭科技，2008.02.

高应力软岩条件下煤矿巷道支护 篇10

1 巷道支护的作用

所谓的巷道支护主要是指通过一系列的技术手段和先进设备支撑煤矿巷道岩石层, 以保证巷道开采的安全。在煤矿开采作业时, 巷道支护主要起着保护巷道岩石层稳定性的作用, 同时确保巷道巷道岩石层在开采过程中不会受大的振动而发生塌陷情况。另外, 巷道支护其最主要的作用在于最大限度保障施工人员的人身生命安全以及煤矿企业的经济财产安全。在巷道支护中, 主要由以下几个支护形式, 即:锚杆支护形式、砌碹支护形式、锚喷支护形式、锚索支护形式、锚网支护形式、金属拱形支护形式以及钢筋混凝土支护形式、料石支护形式等, 同时, 在特别需要时, 也可将两种或两种以上支护模式联合使用, 以确保巷道岩石层的绝对安全系数。

2 高应力软岩变形的特点

高应力软岩巷道的变形特征与硬岩巷道是截然不同的两种形式, 其变形的主要特征有:其一, 周围岩石层的变形量较大, 这主要是由于高应力软岩自身的特征所决定的。通常在高应力软岩变形中, 其巷道水平方向所发生的收敛量要远远大于软岩拱顶时所发生的下沉量, 最大的差距甚至高达几十厘米之多。最为常见的软岩巷道变形有两帮内移、底豉、尖顶等。其二, 高应力软岩在初期变形时的速度十分快, 这主要是由于在高应力软岩变形中其自身所产生的水平压力要远大于其所产生的垂直压力, 使巷道掘进中卸载速度及压力都迅速增加。其三, 高应力巷道变形具有较大的时效性, 也就是说, 高应力软岩巷道有着较为明显的流动性。一但当高应力软岩巷道岩体发生较大的流变时, 就会产生过大的岩石层变形现象, 从而使巷道支护失去效力而发生严重的巷道事故。

3 高应力软岩巷道支护的技术分析

高应力软岩巷道支护相较于硬岩巷道支护其所要求的技术更高。因此在进行巷道支护前必须对软岩巷道的基本特征及需采取的技术措施进行分析。

3.1 高应力软岩巷道支护技术的关键性分析

出于对高应力软岩巷道的力学属性、受力情况、变形特征等需求, 首先要对其进行合理科学化的技术分析。即:首先要确定出高应力软岩巷道岩石层变形是属于哪一类的复合型机制变化, 然后根据巷道的特征制定出具体的支护实施方案。其次, 在确定复合型机制后要将复合形式转化为单一形式, 以便支护可以顺利实施。最后, 在巷道支护中要设计出最行之有效的力学支护方案以及形式转换技术措施。除此之外, 由于高应力软岩巷道变形均属于复合型力学机制变化, 并且软岩变形主要是由复合型力学所引起的。因此, 在高应力软岩巷道支护时只采用一种单一的支护技术是无法使巷道支护产生应有的效力的, 必须要采用联合型支护技术, 并科学合理地运用复合型向单一型转换的力学技术方法, 按照一定的支护顺序的过程、效果联系等进行操作, 才能使高应力软岩巷道支护得以成功。

3.2 高应力软岩巷道支护的时间分析

一般来说, 一但煤矿巷道掘进后, 巷道内岩石层的结构及预应力都将进行重新的分布, 同时在巷道掘进中切向应力将会在巷道岩石壁区域出现高度领集中情况, 从而使该区域的岩石层结构不得不倔服于岩石层的压力而进入塑性工作状态中, 人们普遍称这一区域为塑性区域。当塑性区域出现时, 软岩巷道中的集中区域会自动向纵向深处发展, 一但应力集中的区域的强度超出了巷道自身所能承受的区域时, 就会使巷道出现新的塑性区域, 以此重复纵向深入过程。因此, 如果在此时不采取有效的支护措施的话, 会使整体巷道区域因不断出现新的性区域而导致岩石层松动, 从而形成一个松动区域。在松动区域内, 岩石层是无任何的承载能力的, 因此对于此类区域要尽快进行巷道支护, 以免造成巷道塌陷或其它巨大的损失。另外, 对于高应力软岩巷道支护而言是具有着两种力学效应的, 即:可利用力学效应将巷道岩石层内的切向应力与径向应力降到低点, 以此来减小作用于巷道支护体上的负荷力。另外也可以将应力集中的区域向岩石层深处所转移, 以此来减小因应力集中对岩石层所造成的破坏。

4 高应力软岩巷道支护的措施

高应力软岩巷道支护是保证巷道掘进安全及施工人员生命财产安全的重要保证, 因此必须制定出科学合理的支护措施。

要根据高应力软岩实际的变形特征来确定采取哪种支护方式, 而传统的单一型支护或常规性支护都无法满足高应力软岩巷道的支护需求, 必须须用多种支护方式并存的支护结构措施。在进行巷道支护时, 首先要强化巷道支护网及支护结构的弹性强度及钢性度, 同时在软岩巷道较为薄弱的区域加设锚杆支护结构, 从而全方位强化软岩巷道层的结构固化能力, 避免塑性区域沿纵向深处发展。其次, 要及时对高应力软岩巷道进行二次支护, 且在二次支护时要着重强调其岩石层的支护强度, 从而保证软岩巷道层的稳定性。同时, 在软岩巷道层相对稳定的前提下, 可以允许软岩层在一定范围内的变形, 以便施工人员确定软岩层所能释放出的变形能量, 有助于施工人员对软岩巷道后期的支护做出更准确的技术措施, 以此来增强软岩巷道的支护强度, 提高软岩巷道的稳定性能。再次, 要对软岩巷道壁进行支护, 需要注意的是, 在支护中要选用锚杆强度较高的支护设备, 如全螺纹钢性锚杆等。另外要进行锚索的支护, 一般来讲, 锚索的长度较长, 可以在支护中深入到软岩巷道层的深层部位, 从而稳定软岩层的结构。同时, 由于锚索对所被支护的加固体所产生的预应力可高达250KN以上, 从而抑制了软岩层的变形。最后, 利用复合型支护方式改变软岩层的整体结构, 使巷道岩石层的受力状态得以改善。同时在巷道两底脚处加设斜拉式锚杆支护, 从而使软岩巷道形成一种完整的支护体, 使高应力软岩巷道支护起到最大的效果。

5 结语

综上所述可知, 高应力软岩巷道支护是保证煤矿掘进安全, 巷道结构稳定的重要环节。因此在支护时必须首先对软岩巷道有一个充分的了解, 并针对软岩巷道的特征制定出合理的支护方案, 从而最大限度增强软岩巷道的结构稳定性。

摘要：在时代快速的运转体系下, 国内各行业无时无刻都在进行着创新改革与发展, 这使得国内经济总体水平得到了快速的上升。但同时, 随着各行业的高效发展与建设, 对能源的要求也越来越高, 这就使作为各行业主要生产能源的煤矿行业发展备受各界的关注。同时也将其发展纳入国内整体经济建设目标中去。

关键词：高应力软岩,巷道支护,分析

参考文献

[1]孙国文.煤矿软岩巷道联合支护技术研究.矿业快报[J].2013.

[2]杨福辉.高应力软岩条件下煤矿巷道支护技术[J].矿业安全与环保, 2012.