软岩巷道支护技术分析
- 格式:doc
- 大小:26.50 KB
- 文档页数:4
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。
浅谈煤矿软岩巷道支护技术随着煤矿开采技术的成熟,开采深度的不断深化、开采规模的扩大,巷道损坏程度逐渐的扩大。
软岩巷道支护一直是巷道工程的一个疑难点。
软岩巷道的支护与使用维护优劣程度,直接影响到煤矿安全高效生产。
文章通过对软岩巷道的概念、支护原理、支护原则、支护类型、支护对策等方面进行论述。
标签:软岩巷道;支护;原理;原则1 软岩的基本概念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。
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。
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。
软岩巷道锚注联合支护技术随着我国社会主义市场经济的不断发展,矿产资源的开发和利用成为当前阶段社会关注的热点问题之一。
在本文的研究中,重点对影响支护设计效果的因素进行了简要分析,并以此为根据提出了相应的支护技术的合理性和支护效果。
大量实际施工案例证明,本文所研究的锚注联合支护技术在深部软岩巷道中的应用,具有良好的效果,保证经济效益的同时,也对巷道安全生产提供了客观意义上的支持。
标签:深部;软岩巷道;锚注支护引言在我国改革开放的过程中,社会各方面对于能源的需求不断增加,浅部资源日益减少,深度开采已经成为当前阶段矿山开采业普遍需要面对的问题。
而我国的煤矿生产过程中,同样面临深度开采的问题,尤其是在开采深度不断增加的过程中,软岩灾害的客观存在,对于矿井的整体生产能力有着直接的影响。
根据相关部门提供的数据显示,我国当前阶段煤炭井下作业的平均开发速度为6000 km/a,而在这一数据中,实际上深部软岩巷道占年巷道总量的28% ~30%[1] [7],如果不对软岩巷道的开发和加固给予足够的重视,那么安全生产也就无从谈起了。
1 工程概况淄博矿业集团唐口煤矿年产500万吨,立井开拓,井口标高为±39m[1],井底车场水平为-990m。
由于巷道埋深超千米,在巷道开拓和煤炭开采过程中必然面对地压大、岩层软的问题。
对这些问题进行相应的研究和探索,对于解决我国当前煤炭生产过程中的安全问题有着重要的现实意义。
2 辅助运输大巷修复加固支护设计辅助运输石门在实际的煤炭开采过程中具有非常重要的地位,是矿井重要运输生产线。
经过长时间的使用,巷道发生较大变形,这种情况下的巷道围岩整体状态已经非常危险,如果不经过相应的维护和加固处理,势必影响安全和生产。
通常情况下,采用高强超长组合锚杆与锚注联合支护加固拱墙模式进行处理,能够受到较好的效果。
其具体参数如下:1)高强螺纹钢锚杆:规格为¢22×2500 mm,在实际的应用过程中,基本间距为800 mm,排距为2000mm[2]。
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。
煤矿软岩巷道掘进支护技术发布时间:2022-11-07T08:06:07.986Z 来源:《城镇建设》2022年13期作者:柳振海[导读] 近几年,矿井安全生产事故频繁发生,其中以顶板灾害为主柳振海平凉新安煤业有限责任公司甘肃省平凉市 744201摘要:近几年,矿井安全生产事故频繁发生,其中以顶板灾害为主,因采矿工艺不完善,采矿计划设计不当,导致采场范围增大,煤层上部的顶板失稳,受上覆岩石压力的影响,出现了严重的变形。
如果不能及时支护或支护力度不足,工作面顶板将会出现崩塌,导致人员伤亡。
为了解决矿工的工作安全问题,本文以煤矿软岩巷道为例,对掘进技术进行研究,分析了支护技术,提出了不同支护技术的应用方案,以期为相关工作人员提供参考。
关键词:煤矿;软岩巷道;掘进支护技术引言:开采矿井这项工作具有很高的技术含量,不合理的开采会给矿区的地质构造和水文环境带来灾难性的损害,还会危及矿工的生命。
在矿井生产中,既要保证生产工艺、装备水平达标,又要保证安全生产。
为了预防煤矿生产中的事故,必须采取科学的巷道支护技术,对采空区进行有效的防护,防止因地层的破坏而造成的坍塌,保障有关工作人员的生命,提高采矿工作的效率。
一、支护难点随着矿井的深入,不同的地质结构对巷道的稳定性有很大的影响,尤其是软岩巷道的短期变形和蠕变,对整个巷道的施工质量有很大的影响。
在软岩巷道开挖、支护施工中,因其特殊的地质条件和结构特征,使其施工困难,主要表现在:第一,软岩的强度较低,岩体容易破裂,很难保证其安全。
煤田地区软岩主要为泥岩、砂质泥岩和碳质泥岩,这些软岩具有节理发育的特点,在应力作用下容易发生变形和破裂,很难进行支护。
第二,高强度的围岩应力作用,导致岩体向软岩石转化。
随着矿井开采深度的增大,巷道集中应力持续增大于围岩,导致围岩失稳。
第三,矿井采空区地层中含有各种粘土矿,具有较高的吸水性,遇水膨胀,必须采取有效的防渗措施,防止后期采掘时因雨水而发生崩塌[1]。
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。
煤矿井下软岩巷道施工支护技术研究应用摘要:在我国煤矿底层中软岩分布广泛,煤炭储量在1000M以下的占比55%左右,随着我国开采深度的增加,我国大部分矿井巷道基本岩层结构多为软岩,深部巷道受高应力和高温度等影响,容易出现开采困难和巷道明显变形的问题,为解决软岩巷道下出现的巷道围岩变形大、稳定性差的问题,软岩支护成为困扰我国煤矿生产的问题之一,软岩巷道支护措施不当易造成巨大的返修量,还使得整个矿区陷入困境,因此,做好巷道软岩支护工作是煤矿矿井采掘工作的关键。
关键字:煤矿井下;软岩巷道施工;支护技术;研究应用1软岩的特性1.1软岩的临界荷载临界荷载是软岩固有的一种物理属性,通过软岩的工程力学实验表明:当软岩外部压力低于临界荷载时,岩体内部结构不会发生明显改变,整个岩体呈现出相对稳定的状态,力学曲线保持平直;随后,人为增加岩体外部工程压力,使压力逐渐趋近于临界荷载,则岩体内部预应力增加;通过继续增加工程压力,当工程压力超过软岩的临界荷载时,岩体就会发生明显的变形特性。
1.2软化临界深度临界深度与临界荷载是一组相互对应的概念,从两种软岩特性的支护应用上来看,临界深度更能反映软岩的塑性变形情况:在巷道位置较浅的情况下,软化临界深度较小,软岩不会出现明显的变形,此时开展软岩巷道的支护施工较为简单;但是当巷道位置达到软化临界深度时,围岩会产生大的塑性变形,并伴随有支护难、大地压等问题。
相关技术人员应当在岩体软化临界深度之前开展支护施工,以便于降低工作难度,保证支护施工质量。
2巷道变形的原因和支护原理2.1软岩巷道变形的原因煤矿开采中面临的一大难题是在高应力作用下的软岩巷道有效支护方式,巷道顶板的不稳定情况会影响到巷道顶板的稳定性,巷道两边的移动或顶板下沉容易导致巷道断面收缩,使得两帮的变形更加严重,从地板岩层方面的受力情况看,巷道地板处于未支护状态,随着巷道的不断挖掘,原本作用于地板岩层上的应力会恢复弹性,但水平应力却增加,会出现变形的情况;若挖掘的方向处于倾斜状态,巷道顶板的岩层会受到较大水平应力影响,出现顶板破坏的现象。
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。
软岩巷道支护技术研究摘要:软岩巷道围岩的突出特征是围岩由非均质层状岩体组成,围岩变形不协调而容易离层和失稳,表现为巷道变形破坏明显。
本文主要就软岩的一系列相关技术进行了探讨,提出采用刚柔复合支护方法对巷道进行支护,即在支护体内设置柔性层和刚性层,柔性层释放初期高应力,刚性层控制有害变形;在受力集中的顶底角采用叠加支护,使巷道整体变形耦合;为提高软岩的开采效率提供参考。
关键词:软岩;巷道;支护;技术软岩巷道围岩属于差异性较大的非均质层状赋存,表现为围岩难以形成承载结构、强烈的两帮移近、片帮和围岩不均匀的整体下沉。
而顶板控制技术是确保支护安全的前提,顶板控制不好会给安全造成极大的被动影响,而且会造成边掘边修的现象,造成极大的人力物力的浪费,所以必须加强软岩巷道支护技术的研究。
1软岩巷道施工存在的问题巷道在施工中发现巷道矿山压力显现快,下肩窝掉包、脱层、钢带撕裂、个别铁托板变形、锚杆拔断,巷道上帮整体内敛,部分玻璃钢锚杆拉断,底臌等问题,严重影响工作面回采期间的安全。
2 巷道破坏原因分析2.1 围岩特性影响岩层松软呈粉末状,顶底板多为泥岩、砂质泥岩及灰质泥岩,巷道围岩强度低,变形量大,变形速度快,巷道施工时极易出现底鼓,从而使两帮及顶板变形加剧,松动范围扩大,矿压显现明显。
2.2 碎胀作用影响岩层中夹矸为固化程度很低的泥岩,夹矸及岩遇水变软,发生膨胀,在上覆岩层的作用下,夹矸及岩被挤压出,从而造成棚式支护的变形。
2.3 支护结构与参数不合理锚杆受力不均,在巷道的整体支护中,托板变形、杆体断裂的始终是个体。
在锚杆安装初期,由于施工机具、操作等因素的影响,锚杆施加给围岩的力就表现为大小不一,造成巷道围岩变形、运动不均,从而引起锚杆受力不均,导致个别托板变形、杆体断裂。
3软岩巷道的支护原理一般情况下,软岩巷道围岩破坏具有以下几个特点:时间效应明显、初期变形速率大、环境感知敏感和对应力扰动,所以在软岩的最大塑性承载能力下,进行巷道支护,可以取得最好支护效果。
深井软岩巷道支护的应用研究摘要:本文主要对深井软岩巷道支护特征、施工影响的因素及对策进行了探讨。
关键词:深井;软岩;巷道支护引言随着工业生产对能源需求的不断增加,煤炭采掘作业已由地表浅部向深部转移。
煤矿开采深度的不断增加,井下巷道将处于更高的地应力环境中。
尤其在地质构造复杂的地区,残余构造应力比较大,岩石的力学性质也发生了变化,给煤矿巷道支护及稳定性带来了很大的难度,从而成为制约煤矿企业向深部开采的瓶颈。
一、深井软岩巷道支护特征1、围岩的自稳时间短、来压快所谓的自稳时间,就是在没有支护的情况下,围岩从暴露起到开始失稳而冒落的时间。
软岩巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时,巷道来压快,要立即支护或超前支护,方能保证巷道围岩不致冒落。
巷道围岩的自稳时间长短主要取决于围岩强度和地压大小,同时也和巷道的断面形状、掘进方法、巷道所处的位置等有关。
2、围岩变形量大、速度快、持续时间长软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。
一般软岩巷道掘进后的第1~2d,变形速度小的为5~10mm/d,大的达50~100mm/d;变形持续时间一般为25~60d,有的长达半年以上仍不能确定。
软岩巷道的围岩变形量,在支护良好的状态下,其均匀变形量一般达到60~100mm以上,大的甚至达300~500mm;如果支护不当,围岩变形量很大,300~1000mm以上的变形量是司空见惯的。
阜矿集团兴阜煤矿-400m水平运输大巷位于泥岩内的运输大巷,在开巷后的100天内,顶底及两帮的移近量分别达到680mm和427mm,一年后达到1200mm和800mm,支护翻修后所产生的附加变形量仍达到300~400mm。
上述特点是软岩巷道最突出的特征。
3、围岩的四周来压、底臌明显在较坚硬的岩层中,围岩对支架的压力主要来自顶板,中硬岩层对支架的压力来自顶板和两帮,但在松软岩层巷道中则四周来压、底臌明显。
松软岩层,由于结构疏松、强度低,很难支撑上覆岩层的重量,围岩在自重地压(γH)的作用下,以垂直变形为主,垂直变形中又以底臌为主。
强风化软岩巷道支护及其稳定性阐述
强风化软岩是指经历了长期侵蚀、氧化破坏,矿业及隧道工程中遇到的一种类型的岩石,具有软、疏松、水分较高的特点,其岩体稳定性较差,易发生失稳及陷落事故。
如何有效稳定强风化软岩巷道的支护成为了当前地下开采中亟需解决的问题。
目前针对强风化软岩的巷道支护技术主要有三种,分别为框架支护、锚杆支护和网片支护。
框架支护主要采用钢架或木架支撑,配合钢筋混凝土梁板或钢筋混凝土灌注拱,起到限制巷道变形和稳定岩体的作用;锚杆支护则采用预制钢筋网和锚索钻孔固结的方法,增加了巷道的承载能力和安全性;网片支护则是将网片挂在岩体表面,增加了岩体的涂覆面积,从而提高抗坍能力。
三种方法各有优缺点,在实际工程中需要根据具体情况灵活选择。
但是仅靠防护措施来保障强风化软岩巷道的稳定性是不够的,还需要在设计之初就充分考虑到岩体特征和巷道结构特点,选择合适的开采方案和支护方案,并在巷道施工过程中进行现场监测,及时处理岩体变形、龟裂等异常情况。
同时,应加强巷道内通风、疏浚和排水,避免潜在的地质灾害隐患。
对于特别严重的强风化软岩工程,应当加强地质勘探和岩体强度测试,减少工程风险。
综上所述,针对强风化软岩巷道支护及其稳定性问题,需要在工程设计、支护措施和施工现场监测等多个方面进行综合考虑和处理,以避免发生因沿用传统支护方式造成的巨大地质安全事故。
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。
包括表层垂直应力、构造应力等等。
岩层积水也造成巷道围岩粘土软化,强度降低,产生形变的原因。
流变力学特性,这是岩石结构中重要的力学特性,对岩体工程的长期稳定紧密相关,随着岩体工程的时间与岩体内部结构的变化而加剧。
对于工程技术层面,一是施工方法对岩层的影响,不同的巷道开挖顺序、施工工艺对巷道围岩的稳定带来了不同的影响。
二是巷道断面的形状,工程对于不
同的岩体应力大小和方向所选择会决定巷道断面的应力与稳定性。
三是支护方式及参数,以及对其合理的判断与选择。
四是对于采空区处理方式的选择,对于崩落、封闭、加固、充填等内容的处理。
产生巷道围岩稳定性下降的因素是多方面共同作用的结果。
例如,构造应力会影响围岩稳定,当遇到水时会共同作用会加剧结构的松动,另外水的物理化学作用下改变软岩特性会与软岩的流变性共同作用影响围岩稳定。
二、软岩巷道支护技术研究
1.巷道支护设计
巷道围岩工程的稳定性取决于采场地压显现特征以及围岩的物理力学原理。
人们要通过调整采矿方法、开采工艺及巷道支护等手段对巷道的稳定进行控制。
巷道支护的设计与实施能否能有效的对巷道进行有效的控制,有以下几个方面。
一是支护设计必须具有很强的针对性,既要考虑到围岩类型,又要考虑工程所处的应力环境。
二是支护设计与施工,必须具有正确的理论与指导思想作为实施原则。
正确的支护指导思想是建立在正确的围岩破坏机理认识的基础之上。
三是要明确支护对象,例如松动圈软破岩体还是塑性区岩体,对于不同的岩体,承载层的稳定维护方式不同。
四是建立相应的计算方法和稳定性判断方法。
对于支护设计要通过科学的计算与调研作为科学设计施工的依据。
对于围岩破坏机理和错杆力学作用通过统计与现场监测信息技术相结合的方法,为支护设计提供支撑。
2.巷道支护技术研究
软岩巷道地应力大、岩石强度低、围岩结构松散、矿井水侵蚀、采动压力以及地质构造应力的影响明显是很多矿井的巷道围岩变形量大的主要因素。
对于巷道的加固与支护技术要根据具体情况具体分析,一般有以下几种支护技术。
2.1封闭式支架
封闭式支架具有整体承载、可縮的优点,形成“先柔后刚”的支护结构,有一定卸压作用,同时封闭式支架的底梁可给底板岩层施加反力,改变底板附近岩层的应力状态。
从而阻止底板岩层向巷道内位移。
在软岩巷道解决底臌问题中被广泛应用,取得了明显的效果。
金属支架按工作原理分刚性与可缩性支架,煤矿岩巷一般采用U型钢可缩性支架。
U型钢可缩性支架属于被动支护,其最大优点是当围岩作用于支架上的压力达到一定值时,支架便产生屈服缩动,缩动的结果使围岩作用于支架上的压力下降,从而避免了围岩的压力大于支架的承载力而导致支架的破坏。
2.2注浆加固
注浆加固是具有很强实用性、应用范围很广泛的底板加固技术。
它通常通过釆用一定的压力手段,在岩层的孔隙注入某些能与围岩固结的楽液,从而增强岩
体强度,使巷道围岩体形成稳定性高的新结构体,从而达到改善围岩物理力学性质的目的。
注楽楽液可充填围岩裂隙,将破碎岩体固结,改善围岩结构,增加围岩自身承载能力。
目前注装材料主要有两大类型:水泥基材料和高分子材料,可根据巷道地质与生产条件选取。
2.3卸压支护
卸压支护是在巷道掘进及服务期间,釆用人工的方法对围岩的碎胀变形进行有控制的释放,使巷道周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移,使巷道处于应力降低区中,以此达到有效维护巷道的目的。
目前国内外常用的卸压方法主要是,在巷道围岩中开槽、切缝、钻孔或松动放炮;在受保护巷道附近开掘专用的卸压巷道。
2.4锚注支护
锚注支护是兼有锚杆支护与注装加固共同优点的一种支护方式。
在巷道开挖以后,对巷道围岩进行喷楽封闭,防止围岩进一步风化;然后在围岩中打入注衆铺杆进行注菜加固。
注衆销杆既有铺杆支护的特点,又能通过此描杆对围岩进行注衆。
通过注装、浆液充填、压密裂隙空间,使围岩由注装前的无约束松散状态变为由锚杆、装体和围岩共同作用的具有承受抗压、抗剪切、抗拉等适应复杂应力、应变状态的支护体。
如焦作矿区古汉山矿主要运输大巷布置在软岩层位上,巷道变形破坏十分严重。
2.5钻孔卸压
通过在被保护的巷道围岩内钻孔,使掘进引起的支撑压力峰值向围岩深部转移,从而使巷道处于应力降低区。
同时,钻孔还为巷道围岩变形提供了一定补偿空间,吸收一部分变形,从而减小巷道变形量。
卸压效果取决于钻孔深度、钻孔直径、钻孔的间距和排距。
2.6钻孔松动爆破卸压
在底板内进行松动爆破后,出现众多的人为裂隙,使得底板附近的围岩与深部岩体脱离,原来处于高应力状态下的底板岩层内出现卸压区,使应力转移到围岩深部。
按照爆破位置的不同可分为底板爆破、侧帮爆破及全断面爆破等形式。
卸压爆破不仅能够释放煤岩体中所积聚的弹性变形能,而且卸压爆破产生的松动圈本身存在受压致密过程。
在一定时间内,可以使周围煤岩体受压变形量直接被爆破产生的松动圈吸收,从而减小表面巷道变形。
综上所述,对于软岩巷道的支护要以实际情况与科学测算为基础。
巷道支护的选择必须以煤层和顶底板的力学参数为依据,详细研究软岩巷道的围岩稳定性,分析原岩应力特点,以便采取科学的,合理的支护理论与支护技术,达到有效的巷道支护控制。
参考文献:
[1]李刚等.U型钢可缩性金属支架参数选择与应用[J].煤矿开采,2010(2).
[2]康红普,王金华.煤矿巷道支护技术的研究与应用[J].煤炭学报,2010(1).
[3]刘长武等.软岩巷道锚注加固原理[M].北京:中国矿业大学出版社,2000.。