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煤矿深部软岩巷道支护方法浅探摘要：巷道支护要结合实际情况践行过程化分析，全面建立多元应用模式，保证相应的支护设计方案都能发挥其实际作用，提升支护效果的同时，减少安全隐患造成的损失。
为此，文章就煤矿深部软岩巷道支护方法展开探究。
关键词：煤矿；深部开采；巷道；支护方法1.软岩概述较为常见的软岩主要分为两类。
第一类是地质软岩，其具有强度较低、空隙率较大的特点，并且围岩结构的胶结效果较差，加之结构面切割或者是风化因素造成的影响，就会出现大量膨胀性黏土矿物，因此，将松散软弱岩层统称为地质软岩。
第二类是工程软岩，在巷道工程力的实际作用环境中，工程岩体出现异常的变形，此时，巷道工程力会集中作用在岩体位置。
与此同时，应力水平的增高，也会提升塑性变形的强度。
2.煤矿深部软岩巷道支护方法(1)明确支护原理针对煤矿深部软岩巷道的情况和特点，完善相应的支护方案，保证支护效果不仅能有效对围岩予以控制，还要对支护时间予以控制。
所谓最佳支护时间，就是将围岩自撑力和以变形为形式转化的工程力达到最大，确保最佳支护时间能满足工程实际需求。
本文以XC煤矿工程项目为例，工程项目SX层为可采煤层，平均厚度为7.1m，并且区域内地质储量较好，可供开采的煤矿储量约为6700万吨，分为东西两区。
其中，东区的倾角为15°以上、西区的倾角为15°以下。
结合煤矿企业制定的基础计划，需要对其进行水平方向的拓展，为了保证稳定性，要对深部开采软岩巷道进行变形控制，主要是因为检测发展拱部喷体出现了锚索、锚杆断裂的问题，且变形下沉量超过400mm。
另外，深部高应力软岩巷道支护处理工序中，巷道在开挖处理工作结束后，围岩的应力参数会重新布局，应力高度集中时巷道围岩进入塑性状态，而在应力向着纵向深层次区域偏移后，其应力的集中度就会随之降低，围岩的强度则会优化。
所以，在原有力学状态基础上，确保整个支护区域内塑性区域承载效果最佳，且围岩破碎区不会蔓延就是最佳支护时间段。
2001 前言随着多年的开采，埋深较浅的煤层已经逐步得到开采，目前的开采重点逐步向着深部煤层转移，所以煤炭采深逐步上升。
深部煤层占煤炭总量的一半以上，且大多分布在华东、东北及华北等地。
在进行深部煤层开采过程中，由于高应力的存在，使得围岩变形较大，巷道支护难度提升。
软岩巷道由于其围岩自身强度较低，所以其自稳能力较差，所以在进行深部软岩煤层开采时，常常由于高应力及低自稳的特征使得围岩变形较大，顶板出现大幅度下沉、两帮剧烈收敛等[1-2]。
为了解决深部软岩煤层巷道围岩变形较大的问题，本文基于前人的研究[3-4]，对其支护进行研究，通过数值模拟软件对支护参数进行合理分析，并对现有支护进行一定的研究，为深部软岩巷道支护方案优化设计提供一定的参考，为矿井安全开采做出一定的贡献。
2 矿井概况及支护优化分析倡源矿位于山西介休市连福镇，井田面积为4.07km 2，设计生产能力为90万吨/年，现采煤层9#、10#、11#，110502工作面主要开采10#煤层，煤层平均厚度3.6 m，结构较为复杂，煤层中含 0～3 层夹矸，根据煤层厚度，目前矿井采用长壁采煤机综采一次采全高采煤法，同时采用全部垮落法管理顶板。
根据对5号煤轨道下山巷道的直接顶进行岩性测定，发现围岩内泥质砂岩和泥岩高岭土比例较大，仅有少量伊利石和蒙脱石，抗压强度38.2 MPa。
属于软岩巷道。
在5号煤轨道下山巷道内部布置测点，用于监测巷道围岩变形情况，监测数据如图1所示。
从图中可以看出，随着监测天数的不断增大，此时巷道围岩的变形量呈现逐步增大的变化，在监测天数为180天时，此时的巷道围岩变形量来到最大值，分别为底臌量445.3 mm，顶底板相对位移量 868.5 mm，两帮移近量达到 725.2 mm。
通过对以上监测数据进行分析，可以看出，目前 5 号煤下山巷道变形破坏十分严重，现有支护无法满足巷道稳定性要求，所以需要对现有支护进行优化，解决煤矿巷道围岩变形大的问题。
煤矿巷道软岩工程的特点及其支护技术摘要:近年来,随着煤矿开采深度的增加,许多原来软岩很少的矿区,矿区深部巷道工程均呈现出软岩工程特征。
本文首先简要介绍了煤矿巷道软岩工程的特点,然后介绍了煤矿软岩工程联合支护技术在,最后谈谈锚注技术在开滦东欢坨矿的应用情况。
关键词:软岩工程支护技术煤矿软岩工程支护是当前煤矿安全重要问题之一,软岩引起的矿山井巷的破坏现象非常普遍,严重影响着煤矿生产安全、效率及效益的提高。
软岩工程的稳定与支护技术密不可分,目前矿山软岩巷道已由过去单一的支护形式,逐步发展为各种多次支护和联合支护形式1 煤矿巷道软岩工程的特点地下工程是在岩石或者土体中开挖构筑的结构,所处的环境和受力条件与地面工程有很大不同,因此沿用地面工程的设计理论和方法来解决地下工程问题,显然不能正确地处理地下工程中出现的各种力学现象,当然也不可能由此作出合理的支护设计。
与地面工程相比,地下工程在很多方面具有完全不同的受力特点。
由于煤炭资源开发的不可选择性,随着对煤炭大面积的开采,不断地破坏地应力的平衡状态,同时由于煤系地层的赋存条件、沉积环境以及地质构造等的影响,煤矿软岩问题不可避免。
煤矿的开采深度目前多在500～600 m,超过1000 mm的矿井也越来越多,有些矿井在浅部开采时软岩问题并不明显,但是到深部以后,地应力大、动压作用明显。
煤矿软岩组分中含有大量的膨胀性矿物,围岩软,岩石强度低,易风干脱水而产生塑性流变,尤其易遇水变形、崩解、膨胀。
隧道工程一般服务年限可达百年以上,而煤矿不同用途的巷道与硐室,其服务年限不同,但通常要短于隧道工程,软岩巷道有明显的时限性。
2 煤矿软岩工程联合支护技术在软岩巷道支护方面,由过去单一的被动支护形式逐步发展形成了各种系列支护技术。
如锚喷、锚网喷、锚喷网架、锚喷网架注系列技术,U型钢支护系列技术,注浆加固和预应力锚索支护系列技术,这些技术中的一个突出的特点就是联合支护技术的开发与应用。
《木家庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究》一、引言煤炭是我国主要的能源来源之一，随着浅部煤炭资源的逐渐减少，开采活动已经转向了更深层次的地层。
然而，深部软岩巷道在开采过程中常常面临变形破坏的问题，这不仅影响了矿山的生产安全，也对矿工的生命安全构成了严重威胁。
因此，研究木家庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏机理及支护技术，对于保障矿山安全生产具有重要意义。
二、木家庄煤矿概述木家庄煤矿位于我国某地，地质条件复杂。
矿区地层主要由软岩组成，且深度较大。
在开采过程中，深部软岩巷道经常出现变形、破坏等现象，严重影响了矿山的正常生产和矿工的安全。
三、深部软岩巷道变形破坏机理1. 地质因素木家庄煤矿地处地质构造复杂区域，地层中存在大量的断层、节理等结构面，这些结构面在地下工程开挖后易发生应力集中，导致巷道变形破坏。
此外，地层中的含水层、软弱夹层等也对巷道的稳定性产生了不利影响。
2. 采动影响随着煤炭的开采，地下应力重新分布，导致巷道周围岩体的应力状态发生改变。
当巷道周围岩体的应力超过其承载能力时，便会发生变形破坏。
3. 支护措施不当若支护措施设计不合理、施工质量差或支护材料选择不当等，都会导致巷道支护效果不佳，进而引发巷道变形破坏。
四、支护技术研究针对木家庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏问题，本文提出以下支护技术措施：1. 合理设计支护方案根据地质条件和巷道实际情况，合理设计支护方案。
在支护方案设计中，应充分考虑巷道周围的应力分布、岩体性质等因素，以确保支护结构能够有效地承受地压和采动影响。
2. 采用合适的支护材料选择合适的支护材料对于提高支护效果具有重要意义。
应根据岩体性质、地压大小等因素，选择具有较高强度和稳定性的支护材料。
同时，应确保支护材料的施工质量，以保证支护结构的整体稳定性。
3. 加强巷道监测与维护在巷道支护过程中，应加强监测与维护工作。
通过安装监测设备，实时监测巷道变形情况，及时发现并处理潜在的安全隐患。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net软岩巷道支护设计邱照辉(鸡西矿业集团公司梨树煤矿,黑龙江鸡西158100)摘 要:梨树煤矿建矿以来一直受软岩困扰。该矿通过对软岩巷道岩性的分析,以采面上、下巷为主,应用悬吊理论与组合梁理论,设计锚、网、索、钢带的联合支护方式,有效地控制变形、片帮,为矿井安全有效地管理软岩巷道提供了科学依据。关键词:锚杆;围岩;联合支护中图分类号:TD353 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(2009)09-0088-03
DesignonSupportinSoftRockTunnelQIUZhao-hui(LishuCoalMine,JixiMiningIndustryGroupComp.,Jixi158100,China)Abstract:LishuCoalMinehasbeenplaguedbysoftrocks.Byanalysisonthelithologyofsoftrocktunnels,takingtheupperanddowntunnelsasdominantfactors,thetheoryofsuspensionandcompoundbeamwasap2plied,thecombinedsupportwithbolt,net,cableandsteelbeltwasdesigned.Thedeformationandwallcav2ingwereeffectivelycontrolled.Thescientificbasiswasprovidedforcontrollingsoftrocktunnelssafelyandef2fectivelyincoalmines.Keywords:bolt;hostrock;combinedsupport
0 前言梨树煤矿隶属于鸡西矿业集团公司,近几年刚改扩建投产,设计年产量为90万tΠa。该矿主产煤种为主焦煤,煤层赋存稳定,可采厚度218～310m,煤层顶、底板为复合型顶板,以黑灰色粉砂岩居多。因岩层软、围岩压力大,给开采带来
表2 需建图层列表表3 设置文字样式文字样式名称字体名文字高度宽度比例备注ST2.2宋体2.2(小五)1标注汉字ST2.5宋体2.5(小五)1标注汉字TNR2.2TimesNewRoman2.2(小五)1标注数字备注一般而言,粗线取0.3mm,细线取0.09mm。2.6 保存文件打开“文件”菜单单击“另存为”打开图形另存为对话框,在存为类型下拉框中选“”文件类型在文件名中输入“采矿图模板”单击“保存”出现“样板说明对话框”在模板说明对话框中输入以下说明:采矿专用模板,比例1:1,单击“确定”,此时系统会在相应的位置创建一个“采矿制图模板.dwt”模板。最后将建好的图形保存为.dwt格式,并存放在autocad\cadt2emplate目录下[8]。这样,在下次新建图形时,可以从“使用样板”进入绘图界面。对新图保存时,缺省类型为.dwg,不会覆盖原有的样板文件[2]。
3 模板的使用把采矿图样式绘制成标准模块,从而统一了采矿制图的标准,消除了制图中的任意性,减少了绘图人员的工作量,为二次开发修改图形打下了良好的基础。用户可以根据自己的使用习惯和需要灵活地建立1套模板。在用AutoCAD具体进行绘制相关图形时,就可以根据需要使用自己定制的相关模板。当然,如果条件允许,还可以利用专用的采矿CAD
绘图软件包,同样可以节约大量的时间,提高绘图效率。在这方面,中国矿业大学矿业工程学院林在康教授做了大量的AutoCAD二次开发工作,研发了一系列基于CAD的数字化矿井模型和煤矿生产技术软件包[4]。
4 结束语上述是制作样板的几个方面及一般方法,用户可根据工作的需要自定义特色的专业设计模板。结合在工作中的绘图实践,所制作的图形样板很好地符合了我国国家制图标准以及采矿制图标准。通过模板的合理使用,可大大缩短了绘图的前期准备时间和设计周期,减轻了设计者的工作强度,
大大提高了设计效率。参考文献:
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(责任编辑 王凤英)
收稿日期:2009-04-15;修订日期:2009-06-15
作者简介:邱照辉(1982-),男,黑龙江鸡西人,助理工程师,2006年毕业于黑龙江科技学院,现任鸡西矿业集团梨树煤矿生产技术科主任工程师,Tel:0467-2788408。
第28卷第9期2009年9月
煤 炭 技 术
CoalTechnology
Vol128,No109
Sep,2009© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net了极大困难。自从采用锚、网、索、钢带联合支护后,矿井实现了安全、高效、快速的全面发展。
1 地质特征破碎软岩巷道最明显的特征就是矿压显现比较剧烈、矿压表现大、变型大。根据煤层柱状图(如图1),煤层顶板有灰色粉砂岩、泥页岩、细砂岩、煤线。裂隙、层理发育多、巷道维护困难、来压大、变形量大、持续时间长,四周来压、底板鼓起、遇水膨胀、变形加剧,巷道掘进或翻修后很长时间不能稳定,变形速度居高不下。根据该矿实际岩性的破碎程度,经多年经验与实践,采用锚、网、索、钢带联合支护,以稳定围岩为目的,防止围岩进一步风化破碎,充分发挥岩石自身的承载能力。
图1 柱状图2 巷道支护设计的选择211 支护原理稳定围岩的目的就是为了更好地发挥岩石自身的承载能力。根据新的岩石力学理论,岩石破碎后仍具有残余强度,松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力;围岩既是支护压力的根源,也是抵抗平衡原岩应力的承载体,而且是主要的承载结构体;所以支护的作用在于维护和提高松动围岩的残余强度,充分发挥围岩的承载能力。遵循以下原则:①维护和保持围岩的残余强度的原则;②提高围岩残余强度的原则;③充分发挥围岩的承载能力的原则。该矿根据现场实际,采用了锚杆、锚索、锚网、钢带联合支护,使围岩形成一个整体。首先,锚杆的受力状态,在不同期间有着不同的作用。初期作用是防止围岩掉落,抑制浅部围岩的扩容和离层。随着时间的推移,巷道的围岩破坏会逐步增大,这时锚杆、锚索起到了将破碎的岩层悬吊在稳定岩层中的作用。其次,锚杆与钢带、金属网的配合,形成了支护组合系统,根据组合梁理论和围岩强化理论,锚杆将各岩层紧紧串在一起,形成了组合梁,提高了破碎围岩的整体强度,形成了承载结构。钢带与网防止了破坏岩层、岩块的垮落,对锚杆间的围岩施以径向约束,从而增加了岩层的承载能力。212 采区上、下巷支护设计以组合梁理论为基础,设计该巷道断面形状为矩形断面。21211 顶板支护顶板支护采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护(如图2)。
锚索长度根据顶板的岩性确定,设计锚索长度为6m,排距2m,间距3m。工作面锚索锚杆支护参数如表1所示:
表1 工作面锚索锚杆联合支护参数
名称长度Πm直径Πmm工作强度ΠkN初始支护力ΠkN间、排距Πm树脂药卷锚索61516130100310×210CK2335×6
锚杆21810064110×110CK2335×2
图2 煤巷支护断面图两锚杆之间的地点强度较薄弱,钢带可以使锚杆联合成一体,对薄弱地点形成了压力,阻止了顶板下沉,采用钢带规格为W275×2173。顶板金属网可以有效地防止岩石的掉落,避免锚杆之间存在应力薄弱区与释放口。金属网为菱形金属网,网口为60
mm×60mm。锚杆间、排距根据悬吊理论和组合梁理论计算进行设计:
①锚杆长度通常按下式计算:
L=L1+L2+L3
(1)
式中L
1———锚杆外露长度
,mm;
L2———锚杆有效长度,mm;
L3———锚杆锚固段长度,mm。
根据满足顶板最下一层岩石外表面抗拉强度条件确定组合梁厚度,即锚杆有效长度L
2,
则顶板稳定时应满足
L2
≥015
B
K1
σt
(2)
式中σt———顶板岩石抗拉强度;
K1———安全系数,一般取K1=3～5;
B———巷道度,m。 计算后得L
2=115m,可满足要求,
锚杆长度
L=0135+115+0115=210m②锚杆杆体直径计算:
根据锚杆承载力与锚固力等强度原则确定,则
d=35152Qσmg(3)式中d———锚杆杆体直径,mm;
Q———锚固力,由拉拔试验确定,kN;
σmg———杆体材料抗拉强度,MPa。
经计算d=35152
7
30=1712mm
③锚杆间、排距计算:
设锚杆间排距相等,由组合梁的抗剪强度与该范围内锚杆具有的抗剪能力,并考虑抗剪安全条件可得:
SC
≤010458
d
L2
τ
K2qB(4)
式中S
C———锚杆间、排距
;
τ———杆体材料抗剪强度,MPa;
K2———顶板抗剪安全系数;
q———顶板围岩均布载荷,MPaΠm。 经计算设计S
C=110m,
满足要求。
根据上诉计算锚杆长度取210m,设计间排距为110m×110m,锚杆杆体直径为18mm。21212 巷帮支护筒式锚杆在煤巷巷帮上的应用中有较好的效果,其对径向、切向都有约束力,计算设计如下:
第9期 邱照辉:软岩巷道支护设计 ・89・
