动压巷道锚喷支护浅析
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收稿日期:20031111作者简介:王德元(1968-),男,山西襄垣人,工程师,从事采煤技术管理工作。问题探讨动压巷道锚喷支护浅析王德元(潞安环能股份公司漳村煤矿,山西长治046032)摘要:通过分析动压巷道围岩压力、位移与锚喷支护参数的关系,提出锚喷支护在动压巷道中的作用及其注意事项。关键词:动压巷道;锚杆支护;围岩应力中图分类号:TD353文献标识码:B文章编号:10052798(2004)01005202动压巷道泛指经受采动压力影响的井下巷道。动压或采动压力指由于矿山开采活动所形成的各种集中压力,包括回采工作面超前集中压力,一侧采空区的单侧煤柱集中压力,两侧采空有双侧煤柱集中压力,以及其他迭加压力。动压巷道的基本特点在于巷道在掘进过程中,多数处于原始应力场中的静压状态,一旦受到周围的采动影响,在各种集中压力作用下,改变了原岩应力场的平衡状态,应力值突然增大,导致巷道围岩应力的再次或多次重新分布。巷道原有静压状态稳定平衡被打破,围岩发生显著变形位移和压力增大,需要经过应力重新分布达到新的平衡后,巷道围岩才能重新稳定下来。如果巷道的支护不能适应采动影响带来的应力变化的情况,或者没能及时采取相应的加固补救措施,则巷道会受到不同程度的破坏,或断面变形,或围岩松动失稳,影响巷道的正常安全使用。因此,动压巷道必须充分估计巷道受各种采动影响的集中压力的程度及其相应的变形、位移、压力值,然后以此为依据全面考虑,选择适当的锚喷支护结构和正确的参数。1采区集中压力分布特点随着回采工作面的向前推进,由于煤炭大量地采出,打破了采区原岩应力场的静态平衡状态。在采区工作面上方形成垮落、断裂、弯曲下沉三个地带,采空区上覆岩体的重量转嫁于采区四周,形成了各种状态的集中压力带。在回采工作面煤壁前后方形成随工作面推进而不断移进的超前集中应力,而在回采工作面两侧,则形成单侧或双侧采空后的煤柱应力集中,在回采工作面后方的采空区,则形成应力低于原始应力的卸压区。同时在回采工作面前方相邻未开采的煤体一侧,超前集中压力较小,形成单一动压区。而在回采工作面前方相邻已开采过的采区一侧,因受已采区边界单侧煤柱集中压力相迭加的影响,超前集中压力较大,形成迭加动压区。根据回采实践的观测分析,超前集中压力在回采工作面前后方的分布大体可分为:不受采动影响的原始应力区,可达工作面前方150~200m以远范围,受一般动压影响的动压影响区,约在工作面前方30~50m以远范围,动压集中压力区,属应力集中程度最高的强烈影响区,一般工作面煤壁至其前方30~35m范围内。煤矿巷道,往往是先根据设计布置掘进出来,在投入使用后才受到集中压力的影响。动压巷道都会先后受到集中压力的影响。因此巷道布置是否合理,在于同矿山压力分布特点相适应,而一旦受采动影响,又要尽量使巷道位于卸压后应力降低带内,以改善巷道的维修状态,利于巷道的长期稳定和重复使用。2动压巷道围岩压力与支护参数动压巷道围岩压力、位移与锚喷支护参数的关系,见图1。动压巷道围岩的压力位移关系的pi-曲线由原岩应力场中的曲线,转变为动压附加应力场中的曲线 。显然,曲线 中应力明显升高,围岩的压力增大,维持围岩稳定的最小支护抗力也由pimin增大到pimin 。巷道围岩应力原有的平衡被打破,发生新的位移、变形,需要达到新的平衡,巷道才52Coal1/2004能重新稳定下来,此时有3种基本情况:
图1动压巷道围岩压力、位移与锚喷支护参数的关系第一种情况:原有锚喷支护有足够的富裕的支护抗力或者动压集中应力较原岩应力增加不大,原有平衡点1被打破后,又在点2达到新的平衡,巷道重新处于平衡状态。此时支护抗力由pi1增大到pi2,围岩表面和支护的径向位移增大了12。第二种情况:原有锚喷支护虽无富裕的支护抗力,但原有支护抗力pi3却大于动压状态曲线 的最小支护抗力pimin ,故随围岩变形位移的增大,原有平衡点3被打破,最终又在点4达到新的平衡,巷道才能稳定下来。此时,支护抗力pi3近似等于pi4,但位移却明显增大到34。这样大的位移量,要求锚喷具有较大的滑移性能,最好是全长锚固锚喷。第三种情况:原有的支护抗力,既无富裕,又小于动压最小支护抗力pimin ,则巷道围岩很难达到新的平衡,趋于稳定状态。围岩继续变形,位移大增,直到围岩产生松动破坏。由此可知,动压巷道的锚喷参数必须与动压巷道的特点及巷道围岩压力、变形位移特征相适应,才能取得较好的效果。3动压巷道支护结构在动压巷道中,一般不宜采用裸体无支护或单独的喷射混凝土支护。其支护结构必须是锚杆为主,喷射混凝土为辅,锚网并重,必要时,辅以可缩性金属支架构成混合支护结构。在围岩条件好,动压影响很小的条件下,也可像静压巷道一样采用锚喷或锚喷网联合支护结构。动压巷道采用锚杆支护结构,锚杆密度应相应增大,用增大均匀压缩带厚度的办法提高锚杆支护抗力。同时,锚杆密度增大,减少了锚杆间围岩的跨度,使锚杆支护抗力分布更均匀,减少了锚杆间岩体的应力变形,防止其开裂、剥落。这样,既促进围岩更加稳定,适应动压的变形位移作用,又防止了锚空现象,发挥了锚杆的应有作用。在集中压力大、围岩强度低的情况下,最好采用全长锚固式锚杆,如注浆金属锚杆、缝管式锚杆等,使锚杆在较大位移下仍能保持有足够的锚固力;也可以采用可伸缩锚杆,以适应围岩的变形、位移的情况,增大锚杆支护的可缩性,有效地调整和控制围岩的压力和位移。锚杆必须有适当的尺寸、一定的强度与锚固力相匹配的托板、附件,以便使锚杆锚固力能更均匀地分布在围岩中,更好地控制锚杆间岩体的稳定。托板的规格应稍大一些,尤其是在煤层中的动压巷道,使托板能起到一定的护帮作用,防止煤壁剥落使托板悬空影响锚杆的作用。倘若在使用中发现锚杆支护抗力不足时,应及时采取补打锚杆或其他加强措施,防止变形位移量过大导致松动失稳。应当指出,在采用锚杆支护结构的巷道中,也可以根据具体情况,采取适当喷射薄层混凝土或砂浆的方法防止围岩、煤帮的风化剥落,改善巷道在静压时期的维护状况。一旦受到采动影响,喷层可能开裂剥落,喷层的历史使命就告完成。因此,对这种薄层喷射混凝土和砂浆的开裂剥落不必大惊小怪,因为这是受到动压影响后常会遇到的情况。当然这里所说的薄层喷射混凝土或砂浆,只起到该巷道在静压期间封闭围岩、煤壁表面,防止风化的作用,和静压巷道中采用的锚喷支护结构的作用不同,起不到锚喷支护结构中喷射混凝土支护的全部作用。[责任编辑:魏晋英]!煤∀杂志社全体编辑恭祝读者、作者新春快乐53煤第13卷第1期