软岩及软岩巷道支护中一些问题的探讨
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浅议煤矿软岩巷道支护摘要:随着矿井开采深度的增加,巷道破坏日趋严重。
软岩巷道支护历来是巷道工程的难题,通过对软岩巷道的特征分析,及支护原理和方法的论述,对泉店矿回采巷道支护方式进行了设计,并给出了相应的建议和措施,取得了良好的效果。
关键词:软岩巷道围岩支护结构随着国民经济的发展,煤的需求量逐年增长,开采的范围也不断扩大。
无论新老矿井,在开掘巷道时都遇到了大量的软岩层,特别是随着开采深度的不断增加,深部地压明显增大。
在软岩层中施工巷道,掘进容易,但维护极其困难,采用常规的施工方法和传统的支护结构,往往不能奏效。
因此研究软岩支护问题便成为巷道施工的关键问题。
1 软岩巷道的特征软岩巷道最明显的特征是地压显现比较剧烈,巷道维护困难,主要表现在围岩的自稳时间短、来压快、围岩变形量大、速度快、持续时间长、四周来压、底鼓明显、遇水膨胀、变形加剧,可以用4个字来概括:松、散、软、弱。
2 松软岩巷道支护原理软岩层巷道支护的着眼点应放在充分利用和发挥自承能力上。
支护原理是:根据岩层不同属性,不同地压来源,从分析地压活动基本规律入手,运用信息化设计方法,使支护体系和施工工艺过程不断适应围岩变形的活动状态,以达到控制围岩变形、维护巷道稳定的目的。
具体的说,有以下几个方面:(1)必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想,支护结构及强度应与加固围岩、提高围岩自承能力相结合,与围岩变形及强度相匹配,实践证明,单纯提高支护刚度的方法是难以奏效的;(2)必须采取卸压、加固与支护相结合的方法,统筹考虑、合理安排,对高应力区,要卸得充分,对大变形区,要让得适度,对松散破碎区,要注意整体加固,对巷道围岩整体要支护住;(3)进行围岩变形量测,准确地掌握围岩变形的活动状态,根据量测结果进行反馈,以确定二次支护结构的参数,确定补强时间,再次支护时间和封底时间;3 松软岩巷道支护原则早期的支护理论沿用地面结构工程原理设计支护参数,围岩是支护的对象,支护只是人工构筑的承载结构而已。
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。
软岩巷道支护问题与对策作者:吴良胜来源:《企业文化》2017年第17期摘要:软岩巷道支护随着煤矿开采深度增加变得愈加困难,迫切需要寻找和研究新的支护技术以解决工程实际问题。
针对此类矿山需求,本文以软岩巷道支护为研究对象,在阐述了软岩的基本概念和软岩巷道支护现状的基础上,提出了可缩性金属支架结合锚注支护的复合型支护方式,对于巷道围岩控制具有重要意义。
关键词:深井;软岩巷道;可缩性金属支架;复合型支护一、软岩的基本概念软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称,分为地质软岩和工程软岩两类。
前者是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量的膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱层;后者是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体,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、水平作用力和工程扰动力以及膨胀应力等,显著性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。
二、深井软岩巷道支护存在的问题牵涉到工程安全问题时,人们对此关注度较高。
我国历来重视软岩巷道支护安全,尤其是在当前大多数煤炭进入深井开采模式的背景之下,迫切需要寻找和研究新的支护技术以解决工程实际问题。
但在关于软岩巷道支护理论认识和方法研究方面还是存在一定误差,依笔者来看主要包括以下几个方面:(一)围岩变形破坏机理以往人们普遍认为巷道支护仅是巷道开挖后采取支架支护的过程。
巷道支护是对围岩的支护过程这个说法没什么问题,但必须建立在充分认识围岩变形破坏机理的基础上,只有深入透彻地研究变形机理,才能选择适当的支护时机和支护形式,使支护与围岩变形相协调。
(二)支护对策采用硬岩巷道的支护方式来解决软岩支护问题这种做法是不正确的,因为软岩巷道与硬岩巷道的变形破坏特征完全不同,需要研究适合于软岩的支护对策。
(三)支护参数巷道稳定性是巷道支护主要考虑的问题,选择合适的支护参数对于巷道稳定性十分重要。
软岩及软岩巷道支护中一些问题的探讨摘要:我国软岩地区矿井分布广泛,随着矿井开采深度的增加,地应力加大,加之地质条件逐渐复杂,软岩巷道支护问题愈趋严重。
本文基于软岩的分类及软岩巷道判定方法,根据软岩巷道变形机制的3大类型,即物化膨胀型,应力扩容型和结构变形型,提出了目前的软岩巷道支护技术中的利用粉煤灰进行壁后充填技术、刚柔层支护技术、刚隙柔层支护技术、超前锚杆支护技术、锚网—锚索耦合支护技术及立体桁架支护技术方案。
关键词:软岩分类巷道支护变形机制技术
1引言
软岩问题从20世纪60年代就作为世界难题被提了出来,特别是软岩巷道支护,历年是巷道工程的难题。
软岩的类型是多种多样的,巷道穿过软岩的类型不同,其支护对象也不同,在软岩巷道支护前判定其支护对象和把握围岩支护难度是非常重要的。
我国有软岩的矿井分布很广,加之矿井开采深度的增加,地应力加大,原来巷道支护不太困难的矿井,也面临支护难的问题,加之地质条件逐渐复杂,软岩巷道支护问题愈趋严重。
软岩巷道支护研究应从工程地质分析岩层特性及其分类入手,弄清其变形力学机制及非线性变化规律,抓住支护技术的关键技术,实施有效的转化及巷道设计优化,取得成功的支护效果,本文基于软岩的分类、分析软岩巷道支护的变形机制,提出软岩巷道支护技术。
2软岩的分类及软岩巷道的判定
2.1 软岩分类
软岩分类是围岩分类的一种特殊情况,由于软岩工程特点和人们认识的软岩的出发点不同,国内外对软岩的分类方法有很多种,主要有以下几种观点。
2.1.1 普氏岩石分级法
最早给岩石进行系统分级的是俄国学者m.m.普罗托尼亚科诺夫于1907年提出来的,简称普氏分级法。
该法用岩石坚固性系数f
来分类围岩,f值等于岩石的单向抗压强度除以10,f也称为普氏系数。
在50~60年代,我国各地下工程部门,包括各类矿山,基本上按坚固性进行岩石分级。
坚固性系数是指岩石间相对的坚固性在数量上的表现,它最重要的性质在于不问是何种抗力,以及这种抗力是如何引起的,而给予岩石相互之间进行比较的可能性。
在普氏岩石分级法将岩石分为x级,其中的第ⅵ和级定为相当软的岩石,我国许多矿山的科技工作者也认同f100﹪为剧烈膨胀性岩石。
2.2 生产中软岩巷道界限的确定
目前对软岩巷道界限确定从以下几个方面判定。
(1)按岩石的坚固程度性判别。
在地质柱状图中,如果巷道穿过的岩层的普氏系数f经过多年来对软岩巷道支护工程实践,结合其变形力学机制,目前我国采用的支护技术有以下几种。
3.1 利用粉煤灰进行壁后充填技术
西安科技大学的黄庆享、余学义教授等,针对白皎煤矿砌碹巷
道开展了研究,指出了巷道破坏的机理是围岩大变形过程中碹体与围岩不均匀接触造成破坏,最后提出了利用粉煤灰进行壁后充填来改善支护结构与围岩接触条件的措施,取得了一定的效果。
这种支护技术是针对已有的砌碹支护的改善。
3.2刚性层(rfl)支护技术
预留刚柔层支护技术是何满潮教授开发的拥有国家发明专利的技术,是利用软岩的特点,在支护体内设置一种刚柔层,使其具有足够的柔度来适应软岩巷道的大变形,在一定时刻具有足够的刚度来限制软岩的破坏变形,使支护体的刚度与围岩的刚度达到基本匹配或完全匹配,以来释放围岩变形能,从而达到支护经济安全的方法。
它特别适用于软岩巷道变形机制中的物化膨胀型,对于具有大变形、大地压、难支护的蒙脱石型软岩巷道的支护,效果很好。
3.3刚隙柔层(rgfl)支护技术
预留刚隙柔层支护技术,是在支护体内设置刚性层和柔性层,两者之间留有一定间隙,成刚性柔层,使其能具有充分的柔度和间隙来适应软岩大变形,又在一定时刻具有充分的限制围岩的有害变形。
它是一种高应力转化最多,围岩强度保护最好的支护技术。
它基本是用于结构变形型的软岩巷道,对于可以喷山混凝土的软岩巷道也可以使用该技术。
3.4 超前锚杆支护技术
超前锚杆支护技术,在节理发育、破碎岩体的巷道施工中,它是一种新兴的支护结构,是解决松软破碎岩石巷道施工的一种值得
推广的方法。
在巷道未开拓前,预先向破碎体内部打入多个锚杆,通过锚杆的锚固作用,让自身形成了一个有一定强度和刚度的块体(梁),使块体内部的破碎岩层不产生或产生较小的离层,防止了破碎岩体的风化和开裂扩展,使整个块体自身达到稳定状态;再让破碎岩石块体通过超前锚杆锚固力作用与直接顶或老顶形成一个整体,从而发挥了增强岩体自承能力,达到支护的目的,其作用是对开挖面前方的围岩进行预先加固补强,从而防止围岩在开挖后坍塌。
在实际应用中,采用超前锚杆支护技术能顺利通过松散、破碎带或土砂质地层,可以用于软岩巷道变形力学机制中的物化膨胀型和应力扩容型复合机制。
3.5 锚网—锚索耦合的二次支护技术
软岩巷道具有大变形、大地压、难支护的特点。
根据软岩巷道的特性,巷道支护一般需分次进行。
锚网—锚索耦合支护技术,是在在巷道开挖,围岩暴露后,立即进行一次支护,及时封闭围岩,使围岩尽可能减少其强度损失,防止有害的松散状态发生,然后在巷道围岩剧烈变形阶段结束或临近结束的时间段里,在关键部位施加锚索进行二次支护,能够在充分释放围岩变形能的基础上,实现锚索与锚网和围岩之间的最佳时空耦合。
该支护技术适用于软岩变形机制转化后的应力扩容型。
3.6立体桁架支护
立体桁架支护技术是针对高度集中的硐室交叉部位,而采取的整体性、高强度支护,具有把支护体抗弯、抗扭的部位,通过设计
优化为抗拉、抗压或抗剪的性能。
在该支护设计中,必须将骨架和混凝土刚度设计的耦合匹配,既要注意强度设计,也十分重视刚度设计。
研究表明,在大断面的煤巷施工中,在高强度的顶板支护下,层间的滑动易导致横向抗力增大,是巷道失稳的主要原因;采用短节工字钢托梁作为拉杆和锚索形成立体桁架支护,能够有效提高顶板和墙体的承压能力和整体性,软岩巷道变形机制中的应力扩容型可以采用该支护技术。
软岩巷道围岩并非具有单一的变形力学机制,而是同时具有多种变形力学机制即复合型变形机制,因此,要想有效地进行软岩巷道支护,单一的支护方法是难以奏效的,必须采取结合一定的优化设计技术,再把以上六种支护技术联合起来支护的方法。
4 结语
本文基于软岩的基本和了软岩巷道类型的判别方法,结合软岩巷道变形机制的类型,提出目前常用的支护技术。
参考文献:
[1]何满潮.软岩的概念、分类及支护对策[j].峰煤科技,1992
[2]董方庭.“巷道围岩松动圈理论”[j],《煤炭学报》1994年第一期
[3]薛顺勋,聂光国,姜光杰,刘银志,周显台.软岩巷道支护技术指南[m].北京:煤炭工业出版社,2001
[4]何满潮,景海涛,孙晓明.软岩工程力学[m].北京:科学出版社,2005。