煤矿软岩巷道支护措施

煤矿软岩巷道支护措施（精选8篇）

煤矿软岩巷道支护措施 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.

煤矿软岩巷道支护措施 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

浅析煤矿软岩巷道工程支护 篇3

1 当前煤矿软岩巷道工程支护存在的主要问题

1.1 软岩巷道变形破坏的特征

软岩巷道受到变形破坏的特征主要包括了以下几个方面:(1)软岩巷道变形表现出的是蠕变变形3个阶段的变化规律,同时具备了显著的效益。例如在开始阶段,巷道来压块、变形量较大,软岩巷道的自问能力偏低[1],煤矿企业要是不在此阶段对其进行支护维护工作,就会导致岩快直接掉落,从而引起巷道产生严重的破坏性。如果相关工作人员不根据软岩巷道的变形特点,一味利用钢性支架进行支护,这样也无法达到支护的效果,会导致支架被压坏,巷道会出现垮落现象;(2)软岩巷道通常呈现为环向受压,并且是非对称,煤矿企业在对软岩巷道进行掘进开挖后,不只是巷道顶板容易发生冒落问题,底板也会发生剧烈的底鼓现象,一旦工作人员不及时采取有效的控制措施,就会导致底板产生严重底鼓,同时引起两帮的破坏;(3)软岩巷道的变形程度会随着开采矿井的深度加大而变大,在不同区域的开采矿区,会有着不同的地质环境条件,它们都具备了一个软化临界深度,一旦大于临界深度,就会进一步提高煤矿企业的支护难度;(4)软岩的吸水和失水都会引起软岩巷道产生膨胀变形破坏以及泥化破坏。

1.2 软岩巷道支护存在的相关问题

软岩巷道的支护问题主要体现在以下几个方面:(1)支护人员未能严格按照围岩变形的实际破坏机理采取支护手段,要想保证支护过程与围岩变形过程的协调配合,就必须事先展开对围岩变形机理的深入调查分析,这样才能正确地选择好支护时间、支护参数以及支护类型;(2)支护的采用对策,由于煤矿的软岩巷道与硬岩巷道变形破坏特征是存在明显的区别的,支护技术人员应该根据软岩巷道的变形特点,有针对性地选择支护对策,而不是一味地选择常规的支护手段与方法;(3)支护参数。支护参数的合理选择作为维持巷道安全稳定性的关键因素之一,支护人员要注重参数的合理选择,不能按照传统的观念,一直沿用工程类比法,因为一旦面对地质条件较为复杂的软岩巷道,该项方法就不能满足支护的相关要求,容易发生煤矿安全事故[2]。

2 煤矿软岩巷道支护技术的研究探讨

2.1 软岩巷道支护的主要措施

煤矿企业在对软岩巷道展开支护工作前,必须对该工程区域展开详细的调查和分析,不能只是采取常规的支护方法和措施,要按照工程的实际需求,有针对性地设计支护方案。

(1)相关工作人员要加强喷层或者网的刚度和强度,要合理在某些薄弱环节,融入锚梁支护,这样才能够有效提高围岩表面的约束能力,防止巷道破碎区朝着纵深方向发展。

(2)支护人员要适当地根据实际情况采取二次支护,要保证二次支护具备足够的强度,实现一次支护的柔性。只要保证软岩巷道不会失去稳定性的前提条件下,我们可以让围岩出现较大的变形,使其充分地释放出能量。此外,支护体后期要具备一定的刚度和强度,实现对围岩与支护过量变形的有效控制管理。

(3)有效完成软岩巷道后壁支护,工作人员要使用全长锚固全螺纹钢等强锚杆,这样可以提高围岩自承圈的厚度,达成后壁的支护工作。接着,支护人员还必须对锚索进行加固工作,因为正常锚索的长度都会比较大,它可以深入到深部较稳定的岩层中,有效避免围岩出现有害变形,能够优化围岩的受力状态,只要通过提高围岩自承圈的厚度,就可以完成后壁的支护工作。支护技术人员可以通过改变支护结构,在煤矿软岩巷道的两底脚加入斜拉锚杆或者是巷道底板开挖成反底拱形,同时增加锚梁支护,这样就能够有效产生完整封闭的支护整体。

(4)支护人员要想有效降低围岩的破坏,增大围岩的强度,提高围岩的自承能力。就必须首先推广光面爆破,减少围岩的震动,从而实现对围岩环向裂缝的有效控制,最大程度上维持围岩的整体强度。然后是要最大可能地保持软岩巷道周围的光滑平整,防止巷道出现应力过于集中的问题,最后是要优先使用膨胀材料充满锚杆孔,有效形成全长锚固[3]。

2.2 煤矿软岩巷道的最佳支护时间

煤矿企业在对软岩巷道开挖掘进之后,巷道的围岩应力就会发生相应的变化,其中切向应力会在巷壁周围发生高度集中,从而造成这个区域的岩层屈服进入塑性工作状态,也就产生了塑性区。当塑性区出现后,就会导致应力集中区从岩壁朝着纵深方向推进,一旦它的强度超过了巷道围岩屈服强度时,会形成崭新的塑性区,从而重复地延伸发展。因此,煤矿企业必须高度重视此种现象,要及时采取有效的支护手段,防止松动破坏区的出现。通常情况下,煤矿软岩巷道塑性区的形成,对于支护体来说会具备两个不同的力学效益。其中一个是应力集中区朝着围岩深部地区转移,降低了应力集中的破坏性,另一个则是围岩中切向和径向应力的减小,有效降低了作用在支护体上的荷载力。

煤矿企业在面对高应力的软岩巷道支护来说,可以适当让其形成稳定的塑性区,但必须坚决杜绝非塑性区的形成发展,支护人员要科学判断出支护的最佳时间,这样才能在最大程度上利用好塑性区的承载能力,又能够避免松动破坏区的形成。因此,对于煤矿软岩巷道的最佳支护时间的实质就是最大程度地发挥出塑性区的承载能力,又能够掌握了解到松动破坏区的出现时间。

3 结语

综上所述,煤矿企业要想得到稳定持续的发展,保障煤矿得到安全的开采,就必须加强煤矿软岩巷道的支护工作。支护技术人员必须不断提高自身的专业知识和技能,要根据工作区域的实际地质特点,有针对性地展开支护工作,合理选择支护参数和类型,运用先进的支护技术不断提高支护的效果,推动煤矿企业和谐发展,创造出更多的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]何满潮.调动深部围岩强度——21世纪软岩巷道支护新方向[C]//岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集.北京:科学出版社,2012:55-58.

[2]何满潮,李春华,王树仁.大断面软岩硐室开挖非线性力学特性数值模拟研究[J].岩土工程学报,2012,24(4):483-486.

煤矿软岩巷道支护技术及其应用 篇4

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.

煤矿井下软岩巷道支护技术探析 篇5

关键词：软岩,软岩巷道,支护

0 引言

地下开采一直以来都是我国煤炭资源获取的主要方式, 这就需要在矿井下面挖掘足够的巷道。对于煤矿建设和生产来说, 必须保证巷道的通畅和围岩的稳定。由于煤矿井下巷道支护受、地应力强度、围岩破碎松软度、巷道与硐室断面程度等不同因素的影响, 这就需要改进和提高煤矿巷道支护技术, 尤其是煤矿井下软岩巷道的支护技术。本文重点论述井下软岩巷道支护技术, 为煤矿的安全生产提供重要的理论支持。

1 煤矿井下软岩巷道的支护问题分析

在软岩巷道变形上, 软岩巷道表现为蠕变变形的特点, 有三个时期, 具备显著的时间性。在变形的初级阶段, 能够快速地形成压力和存在较大的变形量, 这是巷道稳定性的有效应用。倘若不能够实时地控制软岩巷道变形, 冒落岩块的情况会发生, 这会损坏巷道。不兼顾软岩的变形特点, 支护通过刚性支架进行就较难维护巷道, 也会压坏支架, 从而导致巷道的垮落。另外, 软岩巷道大部分是环向的受压方式, 缺少对称性, 在开挖巷道的时候, 变形的顶板较易冒落, 以及导致底板的底鼓, 倘若不能够实时地控制底板的底鼓, 就会使巷道受到破坏。在增加煤矿井下深度的过程中, 会加大软土巷道的变形量。在不同的地质状况以及煤矿区域, 一种独特的软化临界深度会形成, 超出了此深度会提升支护的难度。基于应力的影响作用, 变形的软岩巷道具备相应的方向性。软岩的失水和吸水都会由某种意义上导致软岩的变形膨胀和泥化, 从而使巷道受到破坏。

在支护软岩巷道上, 变形的围岩会使其机理受到破坏, 应当对围岩变形以及支护的过程进行协调, 进而选用适宜的支护参数与方式, 实时地加以支护。在硬岩和软岩上, 岩体的特点存在差异性, 应当选用适宜的支护方法。其中, 制约巷道稳定行动一个关键要素是支护参数, 一般的选择根据工程类比的方法。针对简单的地质状况来讲, 通过工程类比的方法对支护参数的选用能够实现基本的需要, 可是针对复杂的地质状况而言, 就难以实现支护需要。

支护软岩巷道重点表现为围岩表明约束力、开始支护刚度, 以及围岩自承圈厚度上。在围岩自承圈厚度上, 应用端锚锚杆较难实现锚杆杆体的长度, 导致浪费, 进而难以抵抗围岩压力。在开始支护刚度上, 由于开挖巷道导致的围岩变形, 因此会对支护体导致相应的压力。从某种意义上来讲, 支护体的刚度使围岩的抗压性受到制约。增加支护体刚度会提高围岩抗压性。倘若支护的刚度太大, 较难适应围岩的变形量和变形速度, 那么会使巷道受到破坏。在围岩约束力上, 支护体受到高应力与构造应力的制约, 岩石破坏、变形、松动的情况会发生在较为薄弱之处, 这使破碎区形成, 而存在的破碎区会使围岩的自承圈受到破坏。借助通常的锚网喷加以支护, 那么难以使喷体的强度实现需要。

2 煤矿井下软岩巷道支护技术

(1) 锚杆支护的原理。在支护巷道的时候, 锚杆支护系统的刚度非常关键, 特别是锚杆的预应力会直接影响到支护作用。借助锚杆加以支护应当对煤矿巷道围岩的实际情况进行有效地把握, 确保选用适宜的锚杆预应力, 在高预应力的时候, 应当使锚杆的强度提升。借助锚杆加以支护, 重点是借助锚固区对围岩新裂缝的扩张性、裂缝的张开和离层进行控制, 确保围岩处于受压的状态, 尽可能地防止围岩的拉伸、变形弯曲, 以及剪切破坏。借助锚杆支护从某种意义上确保了锚固区围岩的完整性, 实现了锚固区围岩稳定性与整体强度的提升。锚杆的支护性能关键凭借扩散预应力进行。锚杆的单独应用, 其体现预应力的范围较小, 应当借助其它的构件, 像是钢带、托板、金属网等, 尽可能地体现锚杆预应力的功能。在借助锚杆开展支护的时候, 锚索功能的体现重点表现为:一是借助锚索的预紧力, 对岩层当中的间断断面、节理裂缝、层理等挤紧和压密, 以使断面的抗剪性能增强, 进而使围岩的强度大大地提升。二是借助锚杆连接形成的次生承载构造和深部围岩, 从某种程度上使次生承载构造的可靠性增强。

(2) 煤矿井下软岩巷道的支护技术。第一, 提高支护喷层的强度、刚度, 也能够在较为薄弱之处, 加固锚梁加以支护, 从而强化围岩表面约束力, 以及对围岩破碎区范围的纵深发展进行有效地控制。第二, 选用适宜的时机强化二次性支护, 以使支护的强度提升, 确保支护开始的柔性。在确保巷道可靠性的前提条件下, 控制围岩的变形, 确保其可以释放足够的能力。另外, 在二次性的支护之后, 应当确保支护体的强度、刚度, 可以实现对围岩变形的控制。第三, 针对支护软岩巷道厚壁来讲, 能够借助对螺纹钢等其它强锚杆的全长锚固, 以支护软岩巷道厚壁。第四, 对变形围岩的破坏区域进行控制, 以使围岩的强度以及围岩的自承能力提升。能够推广与应用光面爆破技术, 以使围岩震动干扰大大地减少, 从一定程度上控制围岩的环向裂缝, 尽可能地确保围岩整体的强度。也能够对巷道周围的光滑性与平整性进行维持, 从而对集中的应力进行控制, 使破坏的围岩减少。还能够借助膨胀性的材料填满锚杆孔, 进行全长锚固, 最终使围岩自承性能增强。

3 结论

综上所述, 煤矿软岩支护技术, 在不同的理论支持下, 得到了广泛的应用和进一步的发展。随着煤矿巷道周边围岩地质条件的不断恶化, 相应的支护难度也逐渐增加, 因此, 煤矿巷道软岩支护技术还需不断改进和完善, 保证煤矿工程的稳定、持续发展。

参考文献

[1]刘高, 聂德新, 韩文峰.高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J].岩石力学与工程学报, 2000, 19 (06) :726-730.

[2]何满潮, 彭涛, 陈宜金.软岩工程中的大变形及研究方法[J].水文地质工程地质, 1994 (05) :5-8.

[3]何满潮, 景海河, 孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学报, 2000, 08 (01) :56-62.

[4]陈晓祥, 王世斌, 雷铁山.下石节矿风井软岩支护技术研究[J].矿山压力与顶板管, 2003 (02) :16-17.

煤矿软岩巷道支护措施 篇6

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

关于煤矿软岩巷道支护技术的探讨 篇7

1 软岩的基本概念和工程特性

软岩是一种具有软弱性、易破碎性、松散性、膨胀性、流变性的岩石, 软岩又可以分为地软岩和工程软岩两种, 软岩巷道所用的软岩工程岩石, 因此工程软岩是软岩研究的主要对象。而软岩所具有的两个工程特性分别为:软岩临界载荷和软化临界深度, 它解释了软岩的相对性质。

1.1 软岩临界载荷

当岩体所受到的荷载水平低于临界荷载时, 将其归类于硬岩一类;当岩体所受到的荷载水平高于临界荷载时, 岩石将会把软岩的可塑性加速变形特性表现出来, 我们将此类的岩石称为软岩。

1.2 软化临界深度

软化临界深度在客观上来说是一个与软化临界载荷相对应存在的客观量。当所开挖巷道的位置大于某一开采深度的时候, 会使围岩出现明显的变形以及难支护的不良现象;当所开挖巷道的位置小于某一深度时, 以上现象将会消失。

2 软岩支护理论及技术

2.1 新奥法

新奥法的主要概念是以岩石力学围岩支护之间的共同作用为基础来进行制定的, 其能够调动围岩自身所具有的承载能力, 最大程度上控制围岩的变形度, 防止围岩松动, 以此来使工程施工达到最大的安全度以及最好的经济效果。新奥法的支护方式是二次支护, 从以往的支护试验结果表明, 对膨胀性软岩巷道以及高应力软岩巷道使用一次支护方式对其进行支护是不可行的。同样, 双料石碹、600mm厚的钢筋混凝土支护等方式因为其不能够很好的适应软岩初期大变形的这一特点, 也不能够用在这些软岩上。支护的作用只要是提供围岩自身的承载能力, 以保证巷道在条件的允许下能够安全的控制好围岩的释压变形。在围岩变形稳定之后, 必须对其进行二次支护, 这能够使得巷道在较长的时间里仍能够保持着稳定与安全的状态。新奥法对于提高软岩支护效果有着极其重要的意义。

2.2 锚喷网支护

锚喷网支护技术是目前的支护方法中最为实用且有效的一种, 也是我国的矿区中使用度最高的软岩支护方式, 锚喷支护技术具有以下的几个优点: (1) 能够通过向围岩及隔离水喷射混凝土, 使其在某些情况下能够及时地封闭, 并能减弱围岩的风化作用。 (2) 能够通过主动支护的方式来对围岩进行加固, 提高各岩体自身的承载能力, 并使各个岩体组成一个支承圈来共同支承围岩, 以此来保证巷道的稳定性。锚喷网能够允许围岩一定范围内的变形, 因此锚喷网支护十分符合软岩支护的要求, 特别是一次支护性能的要求。在目前的软岩巷道的支护方法中, 锚喷网法无疑是最为有效、经济且实用的软岩支护方式。

3 最佳支护时间分析

在巷道开挖以后, 巷道的围岩应力将会重新进行相应的分布, 而切向应力会高度集中的分布在巷壁的附近, 这会导致该片区域出现一种塑性状态的岩层, 从而会形成塑性区。因为岩层中塑性区的出现, 这会导致应力过分地集中在岩壁, 而使其向纵深方向发展, 若应力的集中强度超过了围岩所能够承受的强度范围时, 就会出现一些新的塑性区。如果施工人员不注意采取适时有效的支护, 会导致临空塑性区出现松动破坏的现象, 即形成松动破坏区。塑性区与松动破坏区不同, 塑性区具有一定的承载能力, 然而松动破坏区是完全失去承载能力的区域。塑性区可以分为稳定塑性区和非稳定塑性区两种。我们一般将出现松动破坏之前的最大塑性区范围称为作稳定塑性区;将出现松动破坏区之后的塑性区称为非稳定塑性区。当我们降低了围岩中切向和径向应力时, 能够有效地减小作用在支护体上的荷载。设计人员在设计方案上将应力集中区向围岩深部转移时, 能够有效地减小应力集中的所产生的破坏作用。

对于高应力软岩巷道支护来讲, 应允许其出现稳定塑性区, 严格限制非塑性区的扩展, 也就是要求选择最佳的支护时间, 以便最大限度的发挥塑性区承载能力而不至于出现松动破坏。所以, 最佳支护时间的力学含义是最大限度的发挥塑性区的承载能力而不出现松动破坏时所对应的时间。

4 软岩巷道支护设计应注意的几个问题以及相关对策

4.1 巷道的位置

在对巷道进行开挖之后, 在所挖巷道空间上方的岩体重量都将由支架以及周围的其它支承岩体来共同承担, 在巷道中所用的支架会与围岩组成一个共同作用的力学承载体系。当围岩的相对高度升高时, 支架所承受的重量会下降;当围岩的相对高度下降时, 支架所承受的重量将会升高, 这会导致围岩的变形量大大增加。从支护承载的重量与围岩相对高度变化来看, 巷道上支架所承受的重量其实并不多, 绝大部分的岩体重量都是由围岩来承担的。因此, 将巷道布置在相对坚硬且完整的围岩中是一个能够提高巷道稳定性安全性的有效措施。

4.2 巷道断面形状和大小

岩石容易被拉应力拉裂, 但是比较耐压, 在一般的情况下, 支架的承载能力会随着断面的增加而降低。因此巷道在断面形状大小的选择上尽量避免出现拉应力, 并且尽可能地去将压应力集中系数减到最小。

4.3 采用柔性支护和二次支护形式

软岩巷道所具有的特点是变形速度快、变形量大且变形持续时间长, 若采用刚性支护来对进行支承, 在软岩变形期刚性支架会承受巨大的压力, 这会使其受到严重的破坏。若采用可缩性的金属支架、或可拉伸锚杆的锚喷支护、或与其它形式的联合支护等柔性支护形式, 这些支护方式都应当允许巷道能在一定的范围内变形, 柔性支护能够在特定的情况下起到先柔后刚, 刚柔相济的作用, 能够很好的适应软岩巷道的变形特点。

4.4 采用柔性喷层

在煤矿软岩巷道使用锚喷支护, 使得喷层在刚度上和极限变形上都能够与周围的软岩有很好的匹配, 往往普通的喷射砼极限变形量为2%左右, 而在软岩巷道可匹配的位移中往往与周边位移不相匹配, 这就存在了一定的问题, 从而导致了喷层开裂, 让该作用与锚杆在共同作用力丧失了自身的能力, 使得这问题周围的岩层出现了一定的变形和破坏, 加剧煤矿软岩的危险性。在目前, 在试用阶段使用高科技技术钢纤维, 从而为喷层提高一定的效率, 使得喷层的变形可以为围岩实现无开裂和剥落的情况出现。

5 结束语

软岩巷道支护是一个既复杂又细致的工作, 设计师要针对围岩的情况以及软岩的特性, 根据真实情况对其进行相对应的支护方案。由于软岩问题研究具有复杂性以及地质的多样性, 根据现状以及条件要求在软岩巷道支护需要根据具体的围岩条件对其进行支护。我国存在着大量的矿区, 因此要改变传统的硬岩支护理念, 正确地将联合支护理论运用到实际生产中去。

参考文献

[1]柏建彪, 王襄禹, 贾明魁, 等.深部软岩巷道支护原理及应用[J].岩土工程学报, 2008, 30 (5) :632-634.[1]柏建彪, 王襄禹, 贾明魁, 等.深部软岩巷道支护原理及应用[J].岩土工程学报, 2008, 30 (5) :632-634.

[2]邱朝辉.软岩巷道支护设计[J].煤炭技术, 2009, 28 (9) .[2]邱朝辉.软岩巷道支护设计[J].煤炭技术, 2009, 28 (9) .

煤矿软岩巷道支护方式研究与应用 篇8

随着我国人们生活水平的不断提高, 对矿产资源的需求量越来越大, 伴随煤矿开采深度的不断增加, 煤矿井下大部分为软岩岩层结构, 受高应力影响存在围岩松软和支护困难等问题, 为解决软岩巷道的围岩变形大和稳定性差的问题, 软岩支护方式的选择与应用成为煤矿开采的重要问题之一, 因此, 本文对软岩巷道的支护方式进行探究, 为达到提高煤矿开采效率和降低支护成本的目的。

1 软岩巷道变形的原因

煤矿软岩支护是煤矿井下开采的关键技术之一, 也是煤矿井下开采的难题之一, 软岩巷道两边移动或顶板下沉等问题会导致巷道断面出现变形的问题, 从地板岩层受力情况来看, 巷道地板不稳定会直接影响到顶板的稳定性, 而传统的支护技术可以对地板下沉进行一定的控制, 但对低鼓仍然没有有效的方法, 从地面岩层受力情况来看, 巷道地板处于未支护状态, 随着巷道的不断挖掘导致原本作用于地板岩层的应力减弱, 地板岩层会恢复弹性, 若高应力量超过岩层的强度, 巷道会出现变形严重的情况;根据水平应力理论得知, 巷道的挖掘方向出现倾斜, 巷道顶底板岩石会出现偏向导向一侧的情况, 这种情况容易导致巷道顶板出现破坏, 顶板的破坏还会引起巷道岩层的内移, 软岩变形会使得地板岩层发生较大的破坏, 使得巷道变形情况继续发展。

2 软岩支护技术概况

软岩具有稳定性差、松脆膨胀等特点, 软岩对巷道挖掘常出现较大变形, 部分西方国家采用新奥法理论解决支护问题, 而部分国家则多运用金属支架来处理软岩巷道支护问题, 这些技术不能从根本上解决支护问题;这些支护方式存在施工复杂的问题, 原有巷道遭到破坏会再进行修复比较困难, 因此传统技术无法满足软岩技术的需求, 新型支护技术应用越来越广泛。

3 软岩巷道支护方式的选择

3.1 全钢型支护

全钢型支护, 该支护方式主要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, 全刚性支护无法很好的解决巷道围岩应变与支护体形变之间的问题, 钢性支护可以为巷道围岩提供一定的支护强度, 但不适合变形量较大的软岩巷道支护。

3.2 U型钢支架支护

U型钢支架支护由于软岩巷道有形变量大的特点, 这要求金属支架需要具有较高的可缩性能, 在抵抗巷道高应力的同时也可以发挥形变量大的优势。为满足高阻和可收缩的特点, 我国软岩巷道支护方式多选择具有结构简单、承载能力强和可缩性强的U型钢支架, 该支护方式多应用于围岩破碎较为严重的巷道中, 但U型钢支护方式属于被动支护, 无法在支护初期提供支护作用力, 在围岩变形作用于U型钢支架之后方可承载压力, 因此存在一定的缺陷。

3.3 锚杆支护

锚杆支护常被称为主动支护方式, 但并非所有锚杆支护均是主动支护, 区分主被动支护方式的关键在于看支护体能否主动给围岩预紧力, 在安装锚杆支护时, 给锚杆施加足够预应力, 可以消除锚杆的拉伸滑移, 直接对围岩提供一定的预紧力, 起到提高围岩整体稳固性, 达到支护目的。

3.4 联合支护

巷道软岩是一种支护极为困难的岩层结构, 联合支护技术需要从外改变围岩受压能力, 控制围岩变形, 从内部要增强岩体强度, 提高承载力, 联合支护指采用不同性能的单一支护方式进行组合, 随着软岩技术的不断改进, , 保留多种支护方式的优点, 实现优势互补, 结合U型钢、工字型钢的支护方式, 汲取锚杆支护和锚网支护等多种支护方式的优点, 相互补充, 通过与围岩的相互作用, 适应软岩高应力的变形, 实现联合支护体共同承载压力。

3.5 软岩支护新方法

软岩支护方式的新方法为超高强度锚杆支护方式和锚注支护, 超高强度锚杆支护采用螺纹钢锚杆, 是普通锚杆强度的3-4倍, 为巷道围岩提供强大的锚固力, 更可以约束围岩的裂隙, 提高系统的安全性;锚注支护方式针对松动范围较大的软岩巷道进行支护, 单独锚杆支护难以支护破碎岩石, 巷道中为发挥锚杆支护的优势, 提高围岩的强度和改善围岩的变形规律, 利用锚杆兼作注浆管实现锚注一体化技术, 成为解决围岩破碎的有效支护方式;锚注支护方式中的注浆可以改变围岩的松散结构, 提高围岩自身强度, 可以利用浆液封堵围岩缝隙, 提高围岩的稳定性;注浆形成的加固圈可以为锚杆提供可靠的锚固基础, 发挥锚杆对破碎松散围岩的支护作用, 进一步增强支护效果。

3.6 巷道支护材料的选择

传统锚杆加工粗糙、强度低, 无法通过人工进行分步安装, 在锚杆的实际使用中容易出现不合理的情况, 复杂情况下锚杆安全性能差, 目前高强锚杆使用较为广泛, 无论在性能还是加工精度方面都比传统锚杆有明显提高, 在一些特定的零部件方面有很明显的改善, 高强度锚杆支护在复杂条件下有很强的适应性, 运用的锚杆材料比金属支架的投入成本低, 支护效果也更加明显。

4 结束语

在软岩巷道支护中通过对软岩巷道力学和支护方式选择的深入研究, 复杂地质选择适合的支护方式, 是保障矿井安全开采的关键。运用合理的支护方式, 才能够有效地发挥支护体的支撑作用和高承载能力, 避免巷道破坏后再进行修复而造成大量的人力物力和财力的浪费, 有效解决软岩巷道的支护问题可以保障煤矿开采的安全性和提高企业的经济效益。

摘要：我国煤矿地层中有广泛的软岩分布, 大部分甚至全部矿井开采区域基本属于软岩矿井, 随着开采深度的不断增加, 软岩的范围也不断增加;而矿井下的软岩巷到由于高压力影响会出现围岩松软或支护困难等问题造成巷道稳定性差和容易变形的问题, 这就要求煤矿在开采中对巷道围岩的力学特征和支护技术进行更加深入的研究, 只有选择适合的支护材料和支护方式才能发挥支护的支撑和承载作用, 本文主要根据软岩巷道稳定差和难支护的缺陷, 深入探究软岩巷道支护的方式, 对开采中常见问题进行分析, 为有效解决软岩问题提供参考。

关键词：软岩,支护,高压力,支护方式

参考文献

[1]李亚东, 薛佳齐.软岩条件下巷道支护方式的选择[J].矿业装备, 2015 (09) .

[2]付荣, 范明建.煤矿软岩巷道支护现状及发展趋势[J].煤, 2007 (06) .

[3]孟庆彬, 孔令辉, 魏烈昌, 申海龙, 杨以明.煤矿软岩巷道工程支护的研究现状与展望[J].煤, 2011 (01) .

[4]荆升国.高应力破碎软岩巷道棚-索协同支护围岩控制机理研究[J].中国矿业大学学报, 2009 (06) .