软岩巷道支护
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煤矿软岩巷道支护技术摘要:本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析,概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征,并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题,最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究,具体包括软岩巷道支付的技术关键分析,最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。
关键词:软岩巷道联合支护巷道变形1 软岩的基本概念1.1 软岩的基本概念工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。
目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点,同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小,强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
该定义的主题词是工程力、显著变形和工程岩体。
工程岩体是软岩工程研究的主要对象,是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体,包含岩块、结构面及其空间组合特征。
工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等;显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用,显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、黏弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。
此定义揭示了软岩的相对性实质,即取决于工程力与岩体强度的相互关系。
当工程力一定时,不同岩体,强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性,强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性;对同种岩石,在较低工程力作用下,表现为硬岩的变形特性,在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。
1.2 软岩的工程特性软岩有两个工程特性:软岩临界载荷和软化临界深度,它揭示了软岩的相对性实质。
(1)软化临界深度:与软化临界荷载相对应的存在着软化临界深度。
一般来讲,软化临界深度也是一个客观量。
当巷道的位置大于某一开采深度时,围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护的现象;但当巷道位置较浅,小于某一深度时,大变形、大地压的现象明显消失。
强风化软岩巷道支护及其稳定性阐述随着矿山深度开采的不断加深,地下巷道的建设和支护问题越来越受到矿山工程师的重视。
在地下煤矿开采中,强风化软岩巷道的支护和稳定性是一个十分关键的问题。
强风化软岩巷道的形成和演化是伴随矿山深部开采而产生的,而且其造成的巷道支护问题极大地影响了矿山的生产和安全。
深入研究强风化软岩巷道的支护及其稳定性,对于制定科学合理的巷道支护方案具有十分重要的意义。
一、强风化软岩的特点1.1 岩石结构疏松强风化软岩是由于受到长期风化作用而形成的,其岩石内部结构呈现疏松状态。
这种疏松的结构使得强风化软岩的强度和稳定性明显下降,易发生破坏。
1.2 高含水量强风化软岩中水分含量高,不仅使得岩石本身的强度下降,而且还会引起地下巷道周围的土壤结构松散,导致巷道的稳定性受到威胁。
1.3 易溶性强风化软岩中常含有大量的可溶性矿物质,一旦遇到渗水就会溶解形成空洞,从而影响巷道的稳定性。
1.4 高地应力地下巷道是矿山开采的主要通道,而且常常是在地下数百米的深处,受到巨大的地应力作用。
这种高地应力不仅容易使得强风化软岩产生变形和破裂,而且还会造成巷道支护结构的变形和破坏。
二、强风化软岩巷道支护的关键技术2.1 地质勘察在进行巷道支护前,必须对强风化软岩巷道的地质情况进行详细的勘察,明确其岩层构造、岩性特征、岩层倾向和倾角等信息。
只有充分理解了巷道所处地质环境的特点,才能制定出针对性的支护方案。
2.2 合理的支护结构设计针对强风化软岩巷道的地质特点,需要设计相应的巷道支护结构。
一般采用的是采用钢拱或者混凝土梁支护,以增强巷道的整体结构强度,防止巷道因地应力和强风化软岩的破坏而造成坍塌。
2.3 合理选择支护材料在巷道支护中,选择合适的支护材料也是非常重要的。
一般可以用钢拱、锚杆、玻璃钢管和喷锚混凝土等材料来进行支护,同时还可以选用高性能聚合物材料进行喷射防护,以增强巷道的整体结构强度。
2.4 积极进行预应力锚杆支护在巷道支护中,采用预应力锚杆的支护方法是一种有效的措施。
世上无难事,只要肯攀登
软岩巷道支护技术
(一)软岩巷道支护原理(1)巷道支护原理
软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免,应以达到其最大塑性承载能力
为最佳;同时其巨大的塑性能(如膨胀变形能)必须以某种形式释放出来。
软岩支护设计的关键之一是选择变形能释放时间和支护时间。
(2)最佳支护时间和时段
岩石力学理论和工程实际表明,硐室开挖之后,围岩变形逐渐增加。
以变形
速度区分,可划分三个阶段;即减速变形阶段、近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。
最佳支护时间是以变形的形式转化的工程力PR 和围岩自撑力PD 最大,工程支护力最小的支护时间
图7-34 最佳支护时间TS
(二)软岩巷道常用支护形式
(1)锚喷网支护
锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、实用的支护形式。
喷射混凝土能及时
封闭围岩和隔离水。
网不仅可以支承锚杆之间的围岩,并将单个锚杆连结成整个锚杆群,和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。
锚喷网支护允许围岩有一定的变形,支护性能符合对软岩一次支护的要求。
根据围岩条件,也可以不喷射混凝土,仅选用锚网、桁架锚网、钢筋梯锚网、钢带锚网支护,也可以二次喷射混凝土支护。
(2)可缩性金属支架
U 型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性,通过构件
间可缩和弹性变形调节围岩应力。
在支架变形和收缩过程中,保持对围岩的支护阻力,促进围岩应力趋于平衡状态。
我国在U 型钢可缩性金属支架架后充。
软岩巷道支护施工存在的问题及控制对策软岩巷道支护一直是困扰煤矿安全生产的主要问题之一。
本文以水矿集团某煤矿巷道施工为工程背景,根据现场调研情况,分析了巷道支护施工中存在的主要问题,如巷道超挖严重、)锚杆孔位及预紧力与设计值相差过多等,并提出了相应的控制对策。
标签:软岩巷道;支护;施工0 引言软岩巷道支护一直是困扰煤矿安全生产的主要问题之一。
由于含有膨胀性粘土矿物,软岩遇水容易膨胀,导致整体强度降低、胶结程度差,巷道掘进和支护困难,早起的锚杆支护理论和技术适用于中硬、硬岩的围岩条件中,此时也已不在适用。
为解决此类问题,我国学者也开展了大量的研究和实践,如围岩强化技术体系、分布动态控制体系、让压支护技术体系等,其核心技术是采用高强预应力锚杆、锚索,配合U型棚、喷注浆等手段,实现围岩和支护体系的统一承载、动态控制,目前在理论和工艺方面都取得了良好的成绩。
但是再巷道支护施工过程中,仍然存在一些问题。
本文以水矿集团某矿为例,多名技术人员在掘进工作面跟班进行支护质量监测及矿压观测测站安装,根据现场调研统计情况,对巷道支护施工方面存在的问题进行了整理和分析,并提出了相应的控制对策,以期为巷道支护施工提供一定的借鉴。
1 巷道支护施工存在的主要问题根据调研情况,目前巷道支护施工主要存在以下问题:(1)巷道超挖严重,成形较差。
与设计巷道断面尺寸相比,最大超挖处超过500 mm,此巷道虽然为半煤岩巷,但因为巷道围岩松软破碎并存在煤岩互层,围岩揭露后短时间内即垮落,造成帮顶凹凸不平,护表材料和围岩存在架空区间,锚杆、锚索多有锚空现象。
(2)锚杆孔位及预紧力与设计值相差过多。
①设计要求锚杆孔必须垂直于岩面,但实际施工中多有钻机在同一个位置上连续打几个孔都不移位的现象,造成锚杆孔位与设计轴线相差过大,而锚杆螺母又没有采用调心垫,最后难以有效提高预紧力矩,要求锚杆孔与设计线差值不超过5度。
②施工设计要求帮锚杆预紧力矩不小于250 N·m,顶板锚杆不小于300 N·m,除钻机安装时拧紧后尚需要人工二次加扭,但根据安装的两个托锚力测站,帮顶部共计11块压力表,扭矩小于200 N·m,经测量初始预紧力介于1.1~17 kN远远达不到设计要求的60~80 kN。
深部软岩巷道支护技术研究1. 引言1.1 研究背景深部软岩巷道是指岩石中深埋处于较高地应力状态下的巷道。
由于深部软岩的强度较低,岩溶作用较强,岩体结构较复杂,深部软岩巷道在工程施工中往往面临较大的支护难度和风险。
随着我国经济建设和交通基础设施建设的不断发展,深部软岩巷道工程的需求越来越大,对支护技术提出了更高的要求。
目前,国内外对深部软岩巷道支护技术的研究也逐渐增多,一些新的支护方法不断涌现,为工程实践提供了更多选择。
由于深部软岩巷道的特殊性和复杂性,现有的支护技术仍存在许多不足之处,例如支护效果不理想、施工难度大、施工周期长等问题。
对深部软岩巷道支护技术的研究仍然具有重要意义,有待进一步深入探讨和改进。
【研究背景】的明确,有助于引导研究人员深入开展相关工作,提高深部软岩巷道工程施工的技术水平和质量。
1.2 研究目的研究目的主要是通过对深部软岩巷道支护技术的研究,探讨如何有效地提高巷道的稳定性和安全性,降低工程施工风险,为工程建设提供可靠的技术支持。
具体包括以下几个方面的目的:1. 分析深部软岩巷道的岩体特征,了解其力学性质和变形规律,为选择合适的支护措施提供依据。
2. 探索深部软岩巷道支护技术的研究方法,寻找适合实际工程的有效解决方案。
3. 改进和创新现有的支护技术,提高巷道的支护效果和工程质量。
4. 基于实践案例的经验总结,提出结论,并为未来深部软岩巷道支护技术的研究方向和应用推广提供建议和借鉴。
1.3 国内外研究现状国内外在深部软岩巷道支护技术方面的研究取得了一定的进展。
国内主要集中在深部软岩巷道支护技术的应用实践和经验总结上,已形成了一套较为成熟的支护技术体系。
采用高强度锚杆支护、锚网喷锚等技术,有效控制软岩巷道的塌方和失稳问题。
而国外则更注重对深部软岩巷道岩体特征及支护技术的理论研究,以及新型材料和装备的应用。
在岩体力学、岩土工程、支护材料等方面取得了很多创新性成果。
目前国内外在深部软岩巷道支护技术研究中仍存在一些共性问题,如对于软岩巷道的合理支护结构设计以及支护材料的选择等方面的系统研究不足。
关于软岩支护技术前言巷道支护是井工开采工程的核心,是一切安全生产和效益的基础,随着开采条件的日益恶化,采深的迅速增加,支护对井工开采的制约作用日趋明显,先进采矿方法能否实现,在很大程度上取决于巷道支护状况和有效断面能否得到保证。
第一节,深井巷道围岩强化支护技术体系及实践一,深部高应力巷道:常规支护不能满足要求的一类巷道。
1,采用传统的架棚支护、锚杆支护都不能有效维护巷道。
2,以德国为代表采用U型钢可缩性支架、壁后充填、预留变形量架棚支护的方式,也不能有效维护巷道。
3,常常在掘进时就需要多次卧底、返修。
为此:出路在于发展新型锚杆类支护综合治理比较乐观,目前遇到的大部分问题可以得到解决或改善。
如:德国向我国输入U型钢可缩性支架、壁后充填技术,在德国使用范围400-600米深,可是在我国达到400米深度就解决不了我国的问题。
二,深部支护问题:1,相当一部分埋深达到800-1000米的深井巷道支护难度不大,可以采用常规的支护技术解决,因此深井巷道支护并不都属于复杂困难支护巷道,我们关心的焦点是深部难支护巷道称为深部支护问题。
2,它通常是指主要由于巷道埋藏深度导致的围岩较高的水平应力,使相对软弱的岩体发生大范围破坏,并产生大变型的一类工程支护问题。
三,复杂困难条件:1,由于地层运动和成岩过程产生的强构造应力集中区,水平应力通常较大;这类构造区域内巷道变形有自身规律,其中顶板支护的安全可靠性要求较高。
2,膨胀性岩体、泥质岩体遇水泥化等条件,由于物理化学原因导致的岩体力学承载性能的衰减、岩体的变形等。
3,由于开采造成的次生应力集中区产生的巷道支护问题。
四,深井软岩成为支护重点:1,深部高应力巷道的两个显著特点:(1),原始应力水平相对围岩强度高。
(2),采动附加应力更趋强烈、围岩破碎区范围进一步加大,不易形成结构效应。
2,时间效应强烈、变形速度快,不易长期维护:(1),第一类,围岩软弱型、即软岩巷道;(2),第二类,采动影响型、即动压巷道;(3),第三类,深井高应力型、即深井巷道;五,巷道大变形、难以支护原因:1,围岩松软破碎:单轴抗压强度﹤10-20MPa;2,高应力:(1),深井(自重应力)(2),采动应力(原岩应力的3-6倍);(3),构造应力;3,松散破碎+高应力。
软岩巷道支护技术分析【摘要】在煤矿生产建设的过程中,软岩巷道的支护与加固一直是一项建筑难题,尤其是在高应力软岩巷道的支护中,控制起来比较困难。
对软岩巷道支护技术的相关问题研究,不仅够提高软岩巷道控制水平,对整个软岩工程建设也有重要的现实意义。
【关键词】软岩巷道;支护;技术我国煤炭产量与消耗量都居世界第一,煤炭工业对我国的经济发展与人们的生产生活息息相关。
大量的煤炭需求,使得我国煤炭的开采进度逐年加快,而伴随着煤炭资源的减少,其开采难度也进一步加大,煤炭开釆面临着更为复杂的地质条件与开采难度。
其中,很多巷道都需要布置在软岩中或巷道的围岩较为破碎的地质区域中。
这样的结构通常比较松散且容易破碎,抗高压的能力较低,在防护与维修方面,不但频率较高,控制技术也有困难。
据统计,我国煤炭巷道年掘进量已经超过6000千米,其中软弱及破碎围岩中的巷道掘进量大约占10%,其中每年需要返修、维护的软岩巷道大约在100千米左右。
软岩巷道的维护,不但影响了煤炭生产效率,给煤炭企业经济效益带来较大影响,最重要的是给巷道的安全带来了巨大的隐患,危及井下工作人员的生命安全。
一、软岩巷道概述1.软岩的概念与分类软岩是一种复杂的岩石力学介质,在特定环境下的具有明显塑性变形。
我国地质研究中,将软岩划分为地质软岩和工程软岩两大类。
地质软岩即强度低于25MPa的结构松散、节理发育、孔隙度大、胶结度差、容易风化膨胀性的一类岩体。
工程软岩是在工程力作用下,岩体发生显著塑性变形的岩体总称,是在地质软岩的基础上,强调工程力的作用效果。
2.巷道围岩变形破坏机理分析对于煤炭开采工程中,巷道围岩的变性因素要成为人们主要的考虑内容,围岩的变形和破坏主要受到地质因素和技术因素的影响。
在地质因素方面,不同的围岩岩性和结构状态使得巷道围岩受到应力有区别,形成应力差,加上岩体本身的强度、结构、胶结程度等等方面的影响,都会对巷道围岩变形破坏。
应力作用是造成巷道围岩变形破坏的外因因素。
强风化软岩巷道支护及其稳定性阐述强风化软岩巷道是指岩石经历了强烈风化作用后形成的软岩层构成的巷道。
强风化软岩巷道的支护及其稳定性是岩石工程中的重要问题,直接关系到巷道的安全和正常使用。
强风化软岩巷道的支护方法主要有物理支护和化学支护两种。
物理支护主要是利用支护结构对巷道进行加固。
一般常用的物理支护方式有钢筋混凝土衬砌、喷射混凝土和锚杆等。
钢筋混凝土衬砌是最常见的一种支护方式,通过将钢筋混凝土加固层覆盖在岩石表面,形成一个坚固的保护层,可以有效抵抗巷道的风化破坏。
喷射混凝土是将混凝土通过喷射设备喷射到岩石表面形成一层坚固的支护层,具有施工快、成本低的优点。
锚杆主要是通过在岩石中埋设锚杆并与混凝土喷射形成的加固层相连,增加巷道的稳定性。
化学支护主要是利用化学材料对巷道进行固化和加固。
常见的化学支护材料有聚氨酯和环氧树脂等。
聚氨酯是一种具有很强粘接能力的化学材料,可以迅速渗透到岩石裂隙中,形成一个坚固的固化层,增加岩石的强度和稳定性。
环氧树脂则是一种固化剂,可以与岩石表面的物质反应形成一个固化层,具有很好的加固效果。
强风化软岩巷道的稳定性除了支护手段外,还受到岩体强度、水文地质条件、地震影响等因素的影响。
岩体强度是指岩石的抗压、抗剪强度,是巷道稳定性的基础。
强风化软岩的抗压、抗剪强度较低,容易破坏,因此在进行巷道支护设计时需要根据不同岩体强度选择适当的支护方式和材料。
水文地质条件对巷道的稳定性也有重要影响。
强风化软岩巷道常常处于高含水量的地质环境中,水的渗透会导致岩石强度降低,从而对巷道的稳定性造成影响。
在巷道支护设计中需要考虑合理的排水措施,以减少水分的渗透和影响。
地震影响也是强风化软岩巷道稳定性的重要因素之一。
地震可能引起巷道支护结构的破坏和岩体的破坏,严重危及巷道的安全。
在巷道设计和支护过程中需要考虑地震力的作用,选择合适的支护方式和材料,增强巷道的抗震能力。
浅析软岩矿井巷道掘进顶板支护
软岩矿井在巷道掘进过程中,顶板支护是非常重要的一环,它直接关系到矿井巷道的
稳定性和安全性。
软岩矿井巷道在掘进过程中,常常会遇到顶板掉石、塌方等问题,因此
合理的顶板支护对于整个矿井的安全生产十分重要。
本文将从软岩矿井特点、顶板支护原则、常见顶板支护方式等方面进行分析,以期为矿井巷道顶板支护提供一些参考。
一、软岩矿井特点
软岩矿井常见于沉积盆地和构造破碎带,主要由泥岩、砂岩、页岩等组成,岩层间具
有一定的脆性,抗压强度较低。
矿井巷道在掘进过程中很容易发生顶板掉石、顶板塌方等
现象,从而威胁到矿工的安全。
在软岩矿井巷道掘进过程中,顶板支护显得尤为重要。
二、顶板支护原则
1. 采取综合支护措施
软岩矿井巷道顶板支护应该采取综合支护的措施,包括钢架支护、锚杆支护、喷网支
护等多种形式的支护手段,通过多种手段的组合使用,有效地增强矿井巷道的顶板稳定
性。
2. 选用适宜的支护材料
3. 考虑巷道变形和破坏规律
在进行顶板支护设计时,需要考虑矿井巷道的变形和破坏规律,根据巷道结构、岩层
性质、地应力等因素进行合理的设计,以保证支护效果和矿工的安全。
三、软岩矿井巷道常见顶板支护方式
1. 钢架支护
钢架支护是软岩矿井常见的一种顶板支护方式,它通过设置钢架支撑巷道的顶板,有
效地增强了顶板的稳定性。
钢架支护适用于较宽、较高的巷道,支撑效果好,使用寿命长,是软岩矿井巷道顶板支护的重要手段。
2. 锚杆支护
3. 喷网支护。
煤矿软岩巷道支护技术摘要:煤矿软岩巷道工程支护,尤其是深部高应力软岩巷道支护,一直是矿业工程难点问题之一。
随着矿井开采规模的增大和开采深度的不断加大,软岩巷道的支护与维护问题显得越来越突出,软岩问题愈趋严重,直接影响煤矿安全高效生产。
本文分析了软岩的概念及分类,提出了软岩巷道支护对策与主要支护形式,并指出了以后软岩巷道支护新的发展趋势。
关键字:软岩巷道;高应力;支护对策1 引言由于煤层赋存条件的复杂、多变,煤层开采条件的不可选择性,多数矿井的生产和建设都将面临不同程度、不同数量的软岩巷道开掘及维护难题。
特别是服务年限较长的准备巷道、开拓巷道施工、维护,需解决一系列软岩巷道问题,比如巷道自稳时间短、变形大、难维护、返修率高等。
加之多数软岩巷道断面较大,巷道变形破坏的影响因素复杂[1],在支护设计中,要考虑多方面的影响因素。
软岩巷道的变形主要体现在顶板下沉量较大,两帮收缩、偏帮、底鼓严重。
巷道的变形严重影响到运输、通风、行人的问题,因此寻找合理的支护方式已经迫在眉睫。
2 软岩的概念及分类工程软岩是指在工程力的作用下,能够产生显著塑性变形的工程岩体[2]。
在煤矿巷道支护工程中,巷道围岩就是所研究的工程岩体;工程力则是指作用在工程岩体上的力的总和,它包括重力、构造残余应力、水的作用力、工程扰动及膨胀应力等。
该定义揭示了软岩的相对性,实质即工程力与岩体的相互关系。
当工程力一定时,不同岩体可能表现为硬岩特性,也可能表现为软岩的特性。
而对于同一种岩石,在较低工程力的作用下可表现为硬岩的变形特性,在较高的工程力作用下可能表现为软岩的大变形特性。
按其上述特性,大体上可分为4大类:低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩。
1)低强度高膨胀性软岩巷道,围岩不仅松软、强度低,而目_遇水软化、膨胀,对风、水、扰动十分敏感。
巷道围岩变形速度快、变形量大、持续时间长,给支护带来极大困难。
软岩之所以能产生显著的塑性变形,主要是因为软岩中的泥质成分和结构面控制了软岩的工程力学特性。
软岩一般具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性以及工程扰动性等工程力学特性。
2)我国煤矿开采深度以每年8~12m的速度增加,开采深度超过1000m的煤矿已有数十处,部分矿井重力引起的垂直应力明显增大,构造应力场复杂,地应力高;在高地应力作用下,开采扰动影响强烈,围岩破坏严重,煤岩体的扩容现象突出,表现为大偏应力下的煤岩体内部节理、裂隙、裂纹张开,出现新裂纹导致煤岩体积增大,扩容膨胀。
3)极破碎软岩巷道围岩内发育着各种节理、层理、裂隙等结构面,围岩破碎、稳定性差。
在巷道掘进期间极易出现冒顶和片帮,给支护作业带来很大困难。
4)复合型软岩是指以上3种软岩类型中2种或3种组合。
3 软岩巷道支护对策1)优化巷道位置。
在设计阶段应根据煤系地层的岩性,合理选择巷道位置,尽可能避开软弱岩层;在地质勘探过程中,应掌握岩石物理力学性质、岩石物理化学性质以及岩石水理性质,应掌握主应力的大小及方向,合理选层、选位,尽可能躲让高应力区。
2)选择合理的支护断面。
目前普遍采用的直墙半圆拱断面,适用于顶压大、侧压小、无底鼓的条件。
马蹄形用于围岩松软、有膨胀性、顶压侧压很大,并有一定底压的巷道。
圆形断面用于膨胀性软岩,四周压力均很大。
当四周压力很大但分布不均时,采用椭圆形断面并根据顶压和侧压的大小,竖直或水平布置。
断面尺寸要按设计尺寸加两侧收敛值及顶沉量、底鼓量进行确定。
预留巷道空间对提高支护体结构强度,减少巷道维修,保证巷道正常使用是非常必要的。
3)提高围岩强度。
强度低是软岩的一个基本特征,因此提高围岩强度是解决软岩支护这一难题的根本途径。
锚杆和注浆是2种有效的加固围岩方式,这些方式能促使形成围岩加固的承载圈,充分发挥围岩的自承能力,阻止围岩的塑性流动。
应针对不同围岩选择合适的加固方式。
4)提高护表力,增强围岩表面强度。
支护效果取决于围岩表而的完整性。
及时采取措施保护和增强围岩表面强度,如速喷水泥浆、铺设菱形金属网、锚杆施加预应力等,都能改善围岩受力状态,增强围岩强度,促进巷道的长期稳定。
5)采用刚柔并济的整体支护结构。
软岩巷道具有大变形和明显的流变性特点,支护结构应与围岩变形相协调,以提高围岩自承能力为目的,故宜采取让压与加固、支护相结合的支护结构。
对于高地应力,要卸压充分;对于大变形,要适度让压;对于软弱部分,要进行围岩加固;对于围岩整体,要有足够支护刚度。
6)提高锚杆支护的预紧力,实现主动支护。
锚杆支护是软岩巷道的最有效的支护形式,锚杆支护系统的刚度十分重要,特别是锚杆预应力起着决定性作用。
较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。
单根锚杆预应力的作用范围是很有限的,必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到锚杆周围更大范围的围岩中,形成支护结构。
7)及时封闭围岩。
软岩巷道支护现场总结的经验是:治帮先治底,治底先治水。
因此,对水的处理是保证软弱围岩稳定的基础工作,尤其对于含有如上类矿物的膨胀型软岩,隔水为第一要务。
软岩巷道开挖后要及时喷射混凝上进行封闭,防止其受水和空气的影响而崩解和软化。
8)一次支护。
康红普博士[3]对对锚杆支护提出了一次理论:对于复杂困难巷道,应采用高强度、高刚度、高预紧力锚杆组合支护,应尽量在采用一次支护后就有效控制围岩变形与破坏,避免二次支护和巷道维修。
4 软岩巷道支护主要形式对软岩巷道工程常用的支护形式进行总结和分析,得出各种支护形式的优缺点,为软岩巷道支护形式的改进和完善提供依据。
软岩巷道常用支护形式及其分析如下[4]:4.1 整体刚性支护主要包括全封闭钢支架支护、整体预制模板支护、现浇封闭钢筋混凝上支护等。
事实上,随支护刚度增大,围岩压力随之增加;虽然支护承载力增加,但支护载荷并未降低,支护的变形和破坏状况没有得到改善。
因此,整体刚性支护不能很好解决巷道围岩与支护间的矛盾,在刚度和强度上不能与大变形、大地压的软岩巷道围岩相协调;带来的是巷道断面加大、掘进速度降低和支护成本增加等问题。
4.2 刚性支护加柔体垫层支护主要有圆料砌破加可缩层和条带破等形式。
该方式为井巷围岩提供一定支护强度,并有一定可缩性。
但由于砌体本身刚度较大,允许变形小,对软岩巷道围岩的大变形不适应;同时,该方式施工速度慢,工人劳动强度高。
4.3 U型钢可缩性支架支护是根据软岩膨胀性的特点而设计。
该法主要用于膨胀性岩层及断层破碎带支护。
这种支架不仅有可缩性,而目_有较高的初承力和支撑能力;作用在支架上的压力与围岩的移近量成反比关系,也就是说在一定条件下支架可缩后,支架上的荷载减小而目_还会有调整和得到改善。
但是,在使用过程中,U型钢可缩性支架的支撑能力经常得不到充分发挥。
其主要原因在于:巷道掘进和支护工艺都不可避免地在支架背后形成不同尺寸的空穴,使支架的周边与巷道围岩出现不规则的点、线接触。
围岩变形时,支架受到集中荷载和偏心荷载的作用而产生失稳变形,支架受力状况恶化,使支架出现压弯、扭曲等变形而失效;而目_随支架支护阻力要求的提高,钢支架的质量越来越大,钢材用量大,支护成本高。
4. 4 锚喷支护对于软岩巷道的支护,锚杆及其联合支护被认为是一种合理有效的方式。
人们习惯将锚杆支护称为主动支护,其实并不是所有的锚杆支护都属于主动支护。
主动支护与被动支护的区别并不在于支护类型,而在于支护体能否主动给围岩以预紧力。
安装锚杆时,给锚杆施足够的预应力,不仅可消除锚杆构件的初始滑移量,而民可为围岩提供一定预紧力,以降低围岩受拉截面的拉应力。
5 软岩巷道支护的新发展在分析和总结煤矿软岩巷道支护常用支护技术的基础上,提出软岩巷道支护新的发展形式,主要在以下几个方面发展和创新[5]:5.1 超高强度锚杆超高强度螺纹钢锚杆具有更高的屈服强度和破断强度,为巷道围岩提供强大支护阻力(一般来说,比普通圆钢锚杆高3倍以上),大大增加了巷道围岩离层、变形和层理裂隙等弱面进一步发展的约束力。
另外,高强度或超高强度螺纹钢锚杆可实现全长锚固,有效控制巷道围岩大变形,提高系统可靠性。
5 .2 锚注支护软岩巷道围岩的松动范围较大,岩体强度低,单用锚杆支护难以使破碎岩块完全处于受压状态而形成组合拱。
软岩巷道中,为发挥锚杆支护的优势,提高围岩的强度和变形模量,改变围岩的变形规律,利用锚杆兼作注浆管,外锚内注,实现“锚注一体化”是解决松散破碎型软岩巷道支护的有效途径。
5.3 联合支护联合支护有多种类型:锚喷+注浆加固、锚喷+U型钢可缩性支架锚喷+弧板支架、U型钢可缩性支架+注浆加固、锚喷+注浆型钢可缩性支架、“三锚联合支护”等支护形式。
选择联合支护时,应根据巷道围岩地质条件和生产条件,确定出合理的支护形式和参数。
锚喷支护是一种性能优越、适合软岩巷道围岩的一次支护,是首选的支护方式。
5 结论1)煤矿中的软岩大体可分为四类:低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩。
对于不同类型的软岩宜采用不同的支护形式。
2)软岩巷道支护应事先根据围岩性质,选择合理的支护对策,并根据巷道围岩破坏情况,有针对性的选择合理的支护形式。
参考文献[1] 兰永伟,张永吉,深部开采条件下巷道底鼓机理的研究[J].矿业研究与开发,2005,25(1).[2] 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.[3] 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.[4] 何满潮,袁和生,靖洪文,等.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京:科学出版社,2004.[5] 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.。