高强支护技术

2024-05-11

高强支护技术（精选九篇）

高强支护技术篇1

关键词：高强支护,采煤技术,方法

0 引言

现在, 煤矿巷道的支护技术得到了很好的发展。不过, 因为煤矿企业的发展速度非常快, 采煤技术也在不断地发展, 煤矿的挖掘深度在慢慢地加深, 因此, 对巷道的要求也越来越高了。假如我们对巷道没有进行很好的控制, 很可能会出现一些比较棘手的问题, 对煤炭的开采工作造成很严重的影响。

1 高强支护的提出

近年来, 煤矿企业发展非常快, 企业对安全工作也越来越重视, 对采掘活动中的支护安全要求也越来越高。因此, 现在的煤炭采掘过程中会用到很多的高强支护技术。对一些地质结构非常复杂的地带, 用到的高强支护更多。在这些地区, 对掘进控制顶板及两帮的变形有比较高的要求。如果在这时候, 我们能够很好的运用支护技术, 不仅能够保证煤矿开采的效率, 还能够保证施工人员和一些机械设备的工作安全性。在煤炭开采过程中应用高强支护的原因主要有下面这几个方面: (1) 用支护远离可以利用周围的岩石以及巷道自身的优势, 去有效地发挥出其承载能力, 这样就可以很好地控制巷道周围的岩石出现变形。 (2) 高强支护技术的成本是比较低的, 同时其工作稳定性也比较好, 在工作过程中不会受到很多外在因素的影响, 最重要的是支护效果比较好。 (3) 高强支护使用的材料比较精致, 这对施工人员来说, 降低了很多难度, 同时也能够改变工作环境。 (4) 对那些需要用到的时间比较长的巷道来说, 高强支护能够减少材料占用的面积, 同时也可以节约资金, 帮助煤矿企业的资金周转。 (5) 能够让生产力、生产速度和安全保障都有一定的提高。

2 高强支护的工作原理

在实际应用过程中, 高强支护需要以煤矿的巷道实际情况为根据进行设计。想要有效地提高高强支护的作用, 我们就应该去提高巷道周围的岩石预应力, 并且应该根据现实去进行主动支护设计。通常来说, 主动支护是通过悬吊理论为根据去对相应的锚杆进行长度确定的, 但是锚杆的直径一般是根据锚杆的承载力和锚固力确定的。而所谓的间排距则是指在没有滑动的前提下, 可以对下一层的稳定进行确定。

从现在来看, 高强支护在应用过程中通常会选择一些材料普通的锚杆, 间排距也都在一定的标准范围之内。就像上面说到的一样, 在具体的煤炭挖掘过程中, 高强支护是根据巷道的具体应用实际来进行设计的。高强支护技术刚开始是应用在巷道的顶部, 如果高强支护的预应力能够达到相应的程度的时候, 就可以完成预应力的结构, 这种结构不仅可以通过变形的方式去实现对外部结构的挤压, 同时还能够在变形的时候保持稳定性, 这种方式叫做预应力承载, 这种既能够进行变形挤压又可以进行整体稳定性测定的结构叫做顶板结构。高强支护可以进行应力的连续传递, 用这种方法去使集中应力变缓甚至消除, 而且还能够让巷道周围的岩石变形量得到控制。这种高强度支护的方法让支护的优点得到了一定的发挥, 不仅很好地控制住了变形量, 而且还能够保证煤炭在开采过程中的施工安全问题, 高强支护这种方法, 还拥有内外并举和标本兼治的特点, 有非常好的经济效果和安全性能。

3 高强支护的一些问题

高强支护可以帮助我们把原来的一些传统的支护问题很好地解决掉, 而且还能够通过比较高的预应力去避免巷道周围的岩石出现变形, 在一定限度内把周围岩石的强度降低, 保证锚杆固定区域进行很好的载荷应付。如果预应力比较高, 那么在一定条件下可以对系统进行很好的支护。

在支护的初期, 通常是以一些结构不连续的变形为主, 这就能够对应力支护进行更好地间断变形以及对一些破坏进行很好的控制, 让巷道周围的岩石长期处在一个压力比较大的状态, 可以更好地对周围的岩石进行控制, 保证锚杆周围的岩石是完整的, 这样, 支护在锚固定区域就可以变成很大的应力承载了, 有效地降低巷道周围岩石层的破坏程度。与此同时, 高强支护的延伸杆体还能够对周围的一些岩石变形量进行有效的控制。对初期变形量进行控制的时候, 能够让锚杆的增阻快速增加, 保证支护系统的延伸效率。在煤炭开采进行之前, 我们需要对煤矿地质资料进行综合的分析, 对煤矿开采有一个比较好的认识, 这样去做支护才能够有针对性。

在具体分析的过程中, 我们首先应该对松动圈和顶板岩进行分析, 根据分析结果去选择比较合适的锚杆长度去进行理论计算, 这样才能够保证锚杆在具体使用的过程中可以满足相应的要求, 保证施工现场和实验效果相差无几。如果想要更好地保证巷道的安全, 把煤矿开采的成本降低、有效地提高施工的工作效率, 我们应该从顶板岩层的具体实际出发, 而且还应该用一些高强度的支护去形成一个煤炭开采的系统回路, 这样才能够更好地发挥出高强支护的作用。在进行深层煤炭挖掘过程中, 使用高强度的支护是非常有必要的。为了能够更好地发挥出支护的作用, 在支护的应用过程中, 我们应该对高强支护进行合理的选择。而且在具体的工作中, 我们应该对支护进行主支护选择, 这样才能够保证巷道周围的岩石处于一个稳定的状态。为了能够更好地保证巷道的稳定性, 我们还需要对现场的情况进行分析。只有把所有的条件都准备好了之后, 才能够进行巷道支护的安装。

4 支护的创新点

第一, 在使用高强支护的时候, 一定要把巷道周围的岩石承载能力发挥出来, 因为这样就可以为周围的岩石提供很好的预应力了, 达到了主动支护的效果。第二, 在具体的煤矿开采过程中, 我们需要根据现场环境和自然形态去考虑顶板岩层作用和一些实际的工作情况, 同时还应该注意锚杆固定在周围岩石中的深度, 并且应该用一些理论知识去进行精确的计算, 用这样的方式去确定合适的支护方法。第三, 用高强支护的时候应该选择联合支护的方式, 这样可以有效地减少巷道顶部和帮部的岩石变形量。第四, 高强支护能够起到主动支护的效果, 让巷道周围的岩石处于一个稳定的状态, 如果在质量上要求比较严格的话, 我们还可以在规定的周期之内完成高强支护的施工。

5 结语

总之, 随着社会对煤炭行业安全生产越来越关注, 就需要我们不断提高巷道采掘过程中支护质量问题。通过对支护、巷道和周围岩石的研究, 提高支护安全性。

参考文献

4 高强钢筋应用技术篇2

一、工程概况

本工程基础与主体结构直径8-32mm均采用HRB400高强螺纹钢筋。HRB400级钢筋同普通钢筋相比，具有良好的力学性能，保证了工程质量，满足了规范及设计的要求。而且 HRB400III级钢筋强度高，同等荷载配筋截面积减少，有利于钢筋的绑扎及混凝土浇筑振捣。

二、施工要点

⑴钢筋性能的控制

钢筋原材料性能的控制是保证结构性能满足规范及设计要求关键，本工程针对这一点，制定了严格的钢筋原材料检验制度，保证进场的钢筋原材料性能合格。除了对钢筋原材料进行检测外，还需要对钢筋连接接头的性能进行检测，保证接头性能满足规范及设计要求。

⑵钢筋加工及安装

钢筋原材料进场后，要根据设计图纸及规范要求，对钢筋进行加工，以便进行钢筋安装。现场钢筋加工需要严格控制加工工序及加工质量，保证加工好的钢筋能够满足钢筋安装要求。钢筋安装过程，要制定严格的控制措施，保证钢筋安装能够满足规范及设计要求。钢筋接头的位置应符合钢筋机械连接通用技术规程《JGJ107-2003》的规定。

三、质量保证措施

⑴直螺纹机械连接操作人员要持证上岗。

⑵ 钢筋绑扎搭接时，同一连接区段内的搭接钢筋，当直径相同

时，接头面积百分率不大于50%。

⑶在绑扎过程中，要严格检查钢筋的数量、品种、规格、间距、搭接长度、锚固长度及保护层厚度。

⑷制作专用尺杆，画上钢筋间距，以用于检查水平筋、竖向钢筋的间距、位置以及加密区的范围及箍筋间距。

⑸在梁板模板支完后，放一次梁、柱位置控制线，用于调整竖向钢筋位置，梁板钢筋绑扎完成，在进行第二次放线，进一步核对竖向钢筋位置，准确无误后方可浇筑梁板砼。

⑹对所有不能到位的钢筋，按 1:6 调整后才能允许绑扎。⑺钢筋加工的允许偏差、绑扎位置的允许偏差要满足规范要求。⑻钢筋安装完毕，应及时组织自检、隐检和下道工序的交接检。⑼钢筋工程完成后，先由钢筋专业工长组织自检，钢筋工长验收合格后报总包质检员进行验收，质检员验收合格后报监理工程师进行验收，由监理工程师验收合格并签认同意后方可进行下道工序。

⑽各专业实施“三检”制度，各专业工长、质检员、技术员、安全员随工程进度抽检，紧跟每个部位、每道工艺，确保无遗漏，无后患。

四、效益分析

HRB400 III 级钢筋同普通钢筋相比，减少了钢筋的使用量、安装量，节约了工程物资及人力的投入，而且 HRB400III级钢筋具有良好的力学性能，保证了工程质量，满足了规范及设计的要求。而且HRB400 III 级钢筋强度高，同等荷载配筋截面积减少，有利于绑

高强支护技术篇3

【关键词】高强支护；采煤掘进；技术应用

当今，煤矿巷道的高强支护技术迅猛发展，并在这一行业内取得了巨大的成效。但随着煤矿产业的不断发展，煤矿挖掘技术不段进步，煤矿挖掘深度不断增加，在挖掘过程中在各种作用力的作用下，对巷道质量的要求也越来越高。如若对巷道失去很好的控制，就会出现不同程度的锚杆断裂的情况。严重的会给煤矿的安全带来隐患。例如，近年来就发生了一系列的煤矿安全事故，包括大量的巷道冒顶事故以及顶板严重离层变形的工程现象。导致这类围岩强烈变形甚至是冒顶事故的原因往往就在于锚杆的强度不够。在这种情况下，目前的挖掘技术已不能更好的满足煤矿业挖掘的需要，尤其是不能满足煤矿业挖掘深度不断增加的需要。而现在所提出的高强支护技术却很好的解决这一问题。而如果要想高强支护技术在采煤过程中发挥巨大的作用，还需要对此技术进行深一步的研究。因此在本篇文章中，我们将就高强支护在采煤掘进过程中的技术应用展开讨论研究。

1.高强支护技术的提出

近年来，随着煤矿业生产力的迅速发展、生产水平的日益提高和高强支护技术理论的日渐完善和成熟，高强支护技术在采煤掘进过程中作用显得尤为重要，以致目前全国主要矿区的煤矿开采都普遍采用了这项技术。尤其是一些地质构造比较复杂且具有顶软、底软、煤层软的特性的地区。在这些地区对掘进时对控制顶板和两帮变形要求很高。在这种情况下若能极好的运用高强支护技术，既能保证工作时间又能增加工作的安全性。总体来说，在采煤掘进的过程中运用高强支护技术的主要原因在于：（1）利用支护原理能够运用周围岩石和巷道自身的稳定性，充分发挥它们的承载力，从而有效地控制巷道围岩变形；（2）高强支护的成本较低，也不会受条件的影响，而且支护的效果也更加显著一些；（3）高强支护所需要用到的材料既小又轻，大大地减轻了劳动强度，也可以改善工作环境，简化管理工作；（4）对于服务年限较长的巷道，可以大大地减少材料占用而造成的资金积压，加快资金周转的速度，有效降低生产的成本；（5）可使生产能力、技术效益、速度以及安全保障都大幅度提高。

2.高强支护的基本原理

高强支护技术在实际应用过程中，必须以煤矿巷道实际状况为依据进行设计。为了使高强支护技术更好发挥其作用，就应该不断的提高围岩预应力并以此为依据着重实现主动支护。一般主动支护是以悬吊理论为依据对锚杆长度进行确定的，而锚杆直径则一般是以承载力和锚固力为依据进行确定的。间排距则是在不发生滑动情况下，能对下一层稳定、锚杆的稳定性进行确定。

目前来看，高强支护技术应用过程中选用的支护材料一般为树脂锚杆，其问排距也是在标准范围内。如上所诉，在采煤掘进的过程中，高强支护是是根据具体煤矿巷道的实际情况来设计的。具体说来，高强支护的技术最初是用于巷道的顶部，当高强支护的预应力达到相当的程度时，就能够形成预应力的承载结构，这样的结构不但能通过大变形来实现对外部结构的适应性挤压，而且能够使得在大变形的过程中保持整体的稳定性，这叫做预应力承载梁，具体来说就是这种集变形挤压和整体稳定性特征为一体的层状顶板结构。高强支护的技术能够连续的传递应力，以此来使得垂向应力的集中程度得到减缓甚至是消除或者是能大大地减弱顶板离层，并且使巷道周围岩道的最终变形量从根本上得到控制，以便达到最佳的主动支护效果。这样的高强支护方式使得各自的优势得到了最充分的发挥了，既控制变形又保证安全，而且具有内外并举、刚柔相济和标本兼治的特点，达到了良好的安全和经济效果。

3.高强支护存在的问题

目前为止，高强支护技术所呈现给我们的大多是优点，不仅能更好解决传统支护技术无法解决的问题，也能通过较高的预应力避免围岩变形，并最大限度的降低围岩强度，保证锚固区能更好的应付载荷。高预应力在一定条件下是能更好的对系统初期的支护刚度和强度进行保护的。

在支护初期，其一般是以结构面里层、滑动及裂隙张开等不连续变形为主的，这样高于应力支护能更好的对非连续变形和破坏进行控制，使围岩能始终处在受压状态，以更好的对围岩承载力进行控制和保证锚固区围岩的完整性，使其在锚固区能形成较大的应力承载，以更好的降低外围岩里层破坏程度。同时高强支护技术的延伸杆体在一定程度上也能对围岩后续变形进行相应控制。在对初期变形的控制时，可以使锚杆的快速增阻增加，以保证支护系统延伸率。这样即便采煤掘进在高强支护阻力条件下施工，也能更好的对围岩变形更好的进行控制。高强支护技术在煤矿采煤掘进前，需要对煤矿地质资料进行分析。

在实际分析中，应该先对松动圈作用、顶板岩层实际状况进行分析，以此为依据选择适合的锚杆长度进行相应理论性计算，以便使其在实际应用过程中能更好满足设计需求，保证相应实验效果。而要想吏好保证巷道安全，降低施工成本、提高施工效率，还应该从顶板岩层实际状况出发并采用高强支护技术使其形成回采系统，以更好发挥作用并满足实际需要。在深层次采煤掘进中，高强支护技术是十分重要的。为了更好发挥高强支护技术作用，在实际应用过程中必须对其支护进行合理选择。在实际工作中，应该先对支护进行选择并以实现主支护为目标，以保证巷道顶板围岩的稳定。为了更好保证巷道稳定性，也要对现场实际情况进行综合分析。而在现场掘进过程中，有必要以设计方案为依据进行施工并对掘进进行监督，以保证煤矿企业掘进工作质量，避免不必要的安全隐患。锚梁在实际应用过程中，能更好的对高强支护进行承接、链接和固定，同时在墙体较高的情况下，也能承担相应压力，以保证采煤掘进有序进行。但由于高强支护是隐蔽性比较强的支护形式，其参数能够确定下来以后，集体怎样才能确保工程的质量和施工的安全就较为困难了，随着深井以及高采动地压的不断增大，所面对的自然地理环境条件也就越恶化，如果不能及时采取针对性的防护措施会常发生冒顶事故。目前还存在一些特殊的地质条件，比如松软煤层的高帮、大倾角巷道高帮、沿空巷道以及高应力巷道，这些方面高强支护的使用程度还很有限。这类巷道在高应力作用下，顶部变形很强烈，会常常造成巷道收缩变形从而导致使巷道的无法使用，尤其是面对沿空掘巷，目前的最高性能的支护技术也显得无能为力，巷道的变形尤其是煤矿方面的，在采煤掘进的初期其变形就很明显，等到回采阶段，变形量通常会更加严重，所占比重极大，断面收缩将近达到2/3，巷道无法使用，甚至造成安全事故。

4.高强支护的创新点

（1）在运用高强支护时要充分发挥巷道围岩的自承能力，这样就给围岩提供较高的预应力，实现主动支护。（2）实际煤矿开采的施工过程中，我们不仅要根据具体的现场地质环境和自然形态，充分考虑顶板的岩层、松动圈的作用以及一切的实际情况，而且要注意锚固定在岩层中的杆的长度，并利用理论知识加以准确运算，以此来选用合理的支护方式，并进行相关测验查看试用效果。这样做更能保证掘进的进程以及经济和安全。（3）使用高强支护的联合支护，实现减少巷道帮部和顶部的变形量，其效果在采煤的掘进过程中十分明显。（4）高强支护起到了主动支护的作用，使得巷道的围岩相对稳定，再加上质量严格把关，可以缩短工期。

5.总论

随着社会对煤碳需求量不断的增大，原有的煤矿掘进深度已经不能更好满足人们对煤炭资源的需求。为了缓解这一矛盾，煤矿企业开始向更深层掘进。而深层掘进中其支护技术是十分重要的，原有的煤矿掘金技术不能更好满足实际需求。为了更好满足实际需求，还需要采用高强度支护技术并对其进行相应分析，以更好促进煤矿企业发展。随着煤矿企业不断的发展和煤矿深层次掘进的发展，支护技术的要求将会更高，为了更好满足时代发展需求，还需要对高强支护技术进行深层次研究。综上所述，采用高强支护，这一项新工艺不仅在煤巷、岩巷中具有较为广泛的应用性，并且而且在采煤掘进的过程中的有关控制管理也有光分的适用性，为采煤掘进的管理提供了一定的新保障。高强支护的技术应用实现了矿井的安全、经济、快速掘进。经过十多年的研究与实践，我国煤矿已经形成了高强支护体，成功运用支护技术为采煤掘进的过程提供了安全和技术保障，同时也解决了巷道支护难题，给煤炭企业带来巨大的经济效益和社会效益，为高效、安全的开采创造了良好的前提条件，对我国高产高效地采矿的效益的提高以及安全状况的改善起到深刻和重要的作用，其前景非常的广阔。

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煤柱影响巷道高强耦合支护技术研究篇4

任楼煤矿主要开采煤层为72、73煤和82煤, 煤层倾角17°。长期以来, 任楼矿由于煤层埋深较大、矿井生产地质条件复杂、巷道布置不合理或支护方式不当等, 造成巷道失修率高, 巷道修复工作繁重, 不但造成巷道支护成本高, 而且造成开采接替极端困难, 严重威胁着任楼煤矿的安全高效生产。

任楼煤矿Ⅱ1轨道下山埋深690～740 m, 巷道顶底板以泥岩或铝质泥岩为主, 根据已有的围岩物理力学测试结果, 围岩的物理力学性质较差, 巷道属典型的软岩巷道, 且围岩具有一定的膨胀性。Ⅱ1轨道下山为煤层底板巷道, 距82煤底板约15～20 m, 82煤距72煤约15 m, 轨道下山距72煤层约30 m左右。

2 巷道变形原因

2.1 巷道围岩强度较低

Ⅱ1轨道下山经过多次修复, 巷道浅部围岩节理裂隙非常发育, 围岩松动圈范围较大, 并且Ⅱ类试验段巷道局部过断层, 围岩更加松散、破碎, 在动压作用下, 巷道极易产生强烈变形[1,2]。

根据物理力学测试参数测试结果, 其主要岩层柱状和性质如图1所示。

2.2 受煤柱作用影响

由于轨道下山距上覆煤层的层间距较小, 为保护轨道下山断面的正常使用, 避免二次采动对巷道造成强烈的动压作用, 轨道下山上方留设了相应的保护煤柱, 正是因为该煤柱的留设, 使得轨道下山长期受到煤柱上集中压力的强烈作用, 导致位于该煤柱下的采区下山强烈变形[3,4]。

2.3 锚网支护承载结构的整体强度较低

Ⅱ1轨道原有支护虽然在采用锚网支护的同时, 采用3组φ15.24×6 400 mm的预应力锚索在拱顶及起拱线附近对锚网支护进行了补强, 一定程度上提高了顶部拱结构的承载能力, 但在锚网支护承载结构中, 两帮仍然存在一定的不稳定性, 使得巷道两帮首先成为结构失稳破坏的突破口, 并随着两帮的失稳、破坏, 造成巷道顶板承载能力难以充分发挥。

3 高强耦合支护技术方案

针对Ⅱ1轨道下山在动压诱导下巷道围岩承载结构弱化的特点, 在原有一次锚网支护的基础上, 通过实施高强度结构稳定型二次锚网支护, 利用较高的锚网支护强度控制围岩的塑性变形;同时根据巷道围岩的移动变形特征和锚网支护承载结构的整体稳定性, 通过小孔径高强预应力锚索在巷道关键部位实施耦合支护, 从而提高锚网支护承载结构的整体稳定性及其承载能力[5,6], 具体支护技术方案如图2所示。

注浆加固不仅可以封堵围岩原有裂隙, 防止岩体泥化和风化, 显著提高围岩体的力学性能及其完整性, 而且可以促使围岩形成整体承载结构, 改善支护体的受力状况, 从而有效控制此类巷道围岩的强烈变形。

根据Ⅱ1轨道下山多次修复, 巷道围岩松散破碎的特点, 在进行锚网索耦合支护的同时对围岩实施注浆加固。

4 结论

现场监测结果表明, 受煤柱支承压力影响, 采用结构稳定型支护技术加固后巷道顶底板和两帮相对位移均有所增大, 但表面位移总量和表面位移速度较小, 施工结束后, 顶底板和两帮的相对位移出现增幅趋缓, 并最后趋于稳定。

3个测站的顶底板位移最大达到367 mm, 其中底鼓量达到215 mm;两帮相对位移最大值在158 mm左右, 巷道围岩变形总量不大, 围岩变形得到有效控制, 巷道断面得到保障。

实践证明, 该加固技术应用效果良好。该技术方案对于类似条件下的工程问题, 具有一定的借鉴意义。

参考文献

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[5]张伟.深井高应力软岩巷道支护技术实验研究[D].青岛:山东科技大学, 2007

高强支护技术篇5

关键词：采煤,掘进,巷道,高强支护

现如今煤炭资源在人们日常生产和生活中的作用越来越重要, 同时由于其储藏量较大、可燃性较好、储存时间较长等特点, 煤矿开采业的发展越来越快, 煤炭的使用也越来越广泛, 而且在开采过程中, 采掘面也正逐渐向地面深处发展。在采煤掘进过程中, 需要对煤矿巷道进行构建, 而巷道越深, 其坚固性和稳定性就越差, 这样在开采过程中很容易引发事故, 影响施工的安全。因此, 采用高强支护技术对巷道进行有效加固意义重大。

1 高强支护技术的概述

在过去很长一段时期内, 高强支护技术并没有引起人们的高度重视, 这是因为在当时的煤矿开采过程中土层比较浅, 也没有较大的开采力度。近些年来, 煤炭开采技术日趋成熟, 煤炭资源的社会需求量在不断扩大, 煤炭开采的力度和深度也在逐步增加, 那么就需要充分发挥高强支护的作用, 保证采煤掘进的安全和质量。目前, 我国很多矿区都将高强支护技术应用到采矿过程中, 比如部分地区地理位置较为复杂, 土层结构较为脆弱, 通过应用这项技术, 保障了现场施工的安全性和稳定性。高强支护技术的应用主要包括以下几方面的内容: (1) 煤矿巷道深度越来越大, 其稳定性就相应的越来越差, 而高强支护技术可以有效加固煤矿巷道, 增加岩壁和巷壁的承载力; (2) 高强支护技术难度不大, 投入成本也不高, 而且电力环境也不会对其产生任何影响, 因此, 在各种条件下都可以采用高强支护技术; (3) 高强支护涉及到的部件组装难度较小, 对材料质量也没有较高的要求, 且携带起来比较方便, 从而减少了开采人员的负担; (4) 高强支护技术的应用延长了巷道的使用寿命, 同时也减少了后期的维护工作量, 不会浪费较多的资金, 进而提高了企业的经济效益。

2 高强支护的基本原理

高强支护技术通常被应用于煤矿巷道中, 在选择和设计高强支护之前就需要充分考虑煤矿巷道的实际情况, 通过科学的设计, 使煤矿巷道得到有效的保护。一般情况下, 在煤矿开采之前, 就需要设置高强支护, 通过主动支护, 才可以将高强支护技术的作用充分发挥出来。正常情况下, 为了实现主动支护, 可以合理增锚杆的长度和承载力。

通常情况下, 在煤矿巷道的顶部位置设置高强支护。这样, 如果出现最大预应力, 高强支护可以自动开启预应力的承载结构, 有效增加巷壁的抗压能力和抗变形能力, 从而使加固煤矿巷道的目的得以实现, 因此, 也有人将高强支护装置称为预应力承载梁。应用高强支护技术可以将应力不断传递出来, 利用应力可以将部分垂直应力抵消掉, 在最大程度上降低围岩强度, 有效控制岩壁变形, 进而使巷道的稳固性得到强化, 最终提高施工环境的安全性。

3 高强支护的应用分析

高强支护技术虽然还不够完善, 在支护过程中容易出现一些问题, 但在煤矿巷道的应用中取得了显著的成果。在支护初期, 通常存在一些不连续变形, 比如结构面里层滑动、裂隙张开等, 高强支护可以有效控制非连续变形和破坏, 使围岩能够保持在一个受压的状态, 以便控制围岩承载力, 保证了锚固区围岩的完整性, 使较大应力承载形成于锚固区, 在较大程度上降低了对外围岩里层的破坏程度。同时, 高强支护技术的延伸杆体也可以有效控制围岩的后续变形。在控制初期变形的过程中, 可以有效增加锚杆的增阻, 促使支护系统的延伸率得以实现。这样, 即使施工环境中有着较大的阻力, 也可以有效控制围岩的变形。

在现场采煤掘进时, 需要结合设计方案来监督掘进过程, 使煤矿企业掘进工作质量得到保证, 避免出现安全隐患。锚梁的应用可以有效承接和固定高强支护, 同时, 如果墙体较高, 锚梁也可以承担相应的压力, 以便更加有序地进行采煤掘进工作。由于高强支护有着较强的隐蔽性, 因此在确定参数之后, 就需要考虑如何才能保证工程的质量和施工的安全。随着时代的发展, 深井越来越多, 高采动地压也在不断增加。面对越来越复杂的自然地理条件, 如果不结合具体情况, 不有针对性地应用防护措施, 就可能会导致冒顶事故发生。目前, 还有一些地质条件比较特殊, 比如高应力巷道、沿空巷道等, 在这些地区还没有广泛应用高强支护技术, 在高应力作用下, 这类巷道会发生较为强烈的顶部变形, 巷道出现收缩变形问题, 影响到巷道的正常使用。特别是沿空掘巷, 如果不应用支护技术, 在煤矿方面, 有着较为严重的巷道变形, 等到了回采阶段, 巷道变形更加严重, 且断面收缩将会达到60%左右。这样不仅对巷道的正常使用造成影响, 甚至还会导致一些安全事故的发生。

另外, 在具体的实践过程中, 还需要构建完善的支护监测机制, 通过支护监测, 收集围岩发展状态参数, 对围岩运动规律和支护工作的实际效果进行动态掌握, 并借助这些数据资料, 对支护系统进行有效的优化, 同时要全面、准确、及时地采集和整理监测资料。在掘进过程中, 还需要对巷道支护的实际效果进行跟踪, 利用科学的方法分析和预测围岩情况, 并将其中存在的安全隐患和问题找出来, 及时采取措施进行改进, 以便巷道施工能够安全进行。

4 结束语

终上所述, 随着时代的进步和社会的发展, 煤矿行业得到了迅速的发展, 开采工艺在不断提高, 社会对煤炭资源的需求量越来越大, 煤层的开采深度也在不断增加。煤矿巷道深入到地下中, 就会影响到它的稳固性。如果不加以处理, 就会导致严重的事故发生。针对这种情况, 可以将高强支护技术应用到巷道加固中。目前, 高强支护技术已经得到了较为广泛的应用, 并且成本较低, 技术难度也不高。通过实践证明, 将高强支护技术应用到采煤掘进过程中, 可以在很大程度上提高开采过程的安全性。此外, 由于投入的成本资金有所减少, 这样经济效益和社会效益就会明显增加。以上简要分析了采煤掘进过程中高强支护技术的应用, 希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献

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[4]杨双锁, 康立勋.煤矿巷道锚杆支护研究的总结与展望[J].太原理工大学学报, 2002, 2 (4) :77-79.

高强支护技术篇6

目前, 国内软岩巷道支护技术大多注重提高支护体的强度和刚度而忽略支护形成的承载结构的结构稳定性, 造成围岩节理裂隙发育, 自稳能力和承载能力较小, 使巷道变形严重[1]。卧龙湖煤矿地质构造复杂, 巷道围岩以粉砂岩、泥质砂岩和泥岩为主, 其中-480 m南翼轨道巷属于典型的软岩巷道。该巷道位于105工作面和104工作面之间, 如图1所示。由于受上述工作面回采引起的强烈采动影响, 该段巷道虽然经过2009年一次大修, 多次卧底, 但是修护效果不佳, 表现在两帮位移较大, 顶板局部冒落, 两肩窝破坏, 底鼓严重, 给矿井的安全生产带来了严重威胁。因此, 必须对巷道破坏原因进行认真研究。

2 巷道破坏原因分析

(1) 围岩呈显著的软岩特征。如图2所示, G28测点后巷道围岩岩性由黑色泥岩逐渐过渡到岩浆岩, 而通过G29测点后巷道围岩岩性又由岩浆岩逐渐过渡至泥岩, 通过G30测点后巷道全断面处于泥岩中。根据南翼轨道巷掘进过程中揭露的地质条件, 该段巷道围岩主要为泥岩, 强度较低, 自稳性差, 硬度系数2～5。

(2) 采动压力影响。受105工作面和104工作面开采引起的侧向支承压力作用, 巷道围岩实际承受的应力远高于泥质岩体自身的强度, 而且巷道经过多次扩修后围岩更加破碎, 松动圈扩大, 岩体强度进一步降低, 造成巷道变形大, 断面缩小, 底鼓严重。

3 高强结构稳定型支护技术

针对现场条件及安全生产需要, 2010年卧龙湖煤矿与中国矿业大学合作, 采用高强结构稳定型支护技术对-480 m南翼轨道巷进行加固。具体技术方案如下:

(1) 锚杆选用φ20×3 000 mm的左旋无纵筋螺纹等强锚杆, 锚杆间排距为800 mm×800 mm, 每根锚杆孔采用2卷Z2350型树脂锚固剂, 加长锚固, 两帮底角锚杆向下扎角30°, 锚杆预紧力矩≥300 N·m, 锚固力≥80 kN。并且顺巷道方向布置M型钢带。具体支护参数如图3所示。

(2) 顶、帮均采用φ6 mm钢筋自联网;网片长度为1 800 mm, 宽度为900 mm;网孔规格均为100 mm×100 mm。

(3) 锚杆托盘采用厚度为10 mm平托盘, 大小为150 mm×150 mm。

(4) 锚索支护作为加强支护措施, 提高了深部围岩的稳定性。锚索规格为φ17.8×6 500 mm, 每个锚索孔使用4支Z2350型树脂锚固剂, 加长锚固。

在提高结构补偿效果的同时有效降低支护成本, 如图4、5所示, 采用断面A和断面B交替布置。锚索采用φ17.8×6 500 mm钢绞线, 锚索排距1.5 m, 每根锚索使用4支Z2350型树脂锚固剂, 加长锚固, 预紧力为120 kN, 锚固力为200 kN。结构稳定型支护方案平展图如图6所示。

在底板锚网索支护方案中根据-480 m轨道巷的跨度, 在两排枕木之间布置底板锚杆, 同时采用底板锚索进行结构补偿, 如图7所示。底板锚杆规格为φ20×3 000 mm, 锚杆或锚索间排距为1.1 m×1.6 m, 要求锚杆预紧力矩≥300 N·m, 锚固力为80 kN, 底板锚索预紧力≥120 kN。

为提高深部稳定岩体的承载能力, 沿巷道中部布置2根φ17.8×5 000 mm锚索, 在巷道两侧底板布置2根φ20×3 000 mm锚杆, 底板锚索间排距为1.1 m×1.6 m。同时, 为提高巷道底板的整体稳定性, 底板锚索、锚杆施工时配合使用M型钢带。底板支护采用锚索提高底板承载结构的稳定性, 并采用水泥砂浆进行锚固。具体技术措施如下: (1) 为保证底板支护质量, 需将底板松散部分卧底后, 再施工锚杆锚索; (2) 为防止底板锚杆、锚索孔在施工中塌孔, 在底板锚杆、锚索孔附近打底板注浆锚杆。然后对底板浇注50 mm厚的混凝土, 封闭底板后进行注浆; (3) 注浆结束后施工底板锚索, 铺设底板钢筋网, 安装底板锚索、锚杆、托梁, 要求底板锚索预应力≥120 kN, 底板锚杆预紧力矩≥300 N.m; (4) 对底板浇注C20砼至设计标高, 同时将超出底板设计标高的锚索头加防护套, 以防伤人。

4 效果分析

建立测站对修护的巷道围岩表面位移进行观测, 发现顶板下沉量小于6 mm/月, 底鼓量小于10 mm/月, 两帮移近量小于10 mm/月。虽然采用该支护技术一次性投入成本较原来的支护方式有所增加 (增加了二次支护的材料费用) , 但是提高了巷道修护质量, 减少了修复次数, 避免了短期内反复修复的现象, 从而降低了巷道修护成本。

5 结论

高强结构稳定型支护技术采用高强锚、网、索、钢带联合支护, 并对支护承载结构进行结构补偿, 提高承载结构的稳定性, 巷道变形得到明显地控制, 断面变形小, 能够满足安全生产需要。现场工程实践表明, 高强结构稳定型支护技术在软岩支护中能够有效地控制巷道变形, 增强围岩整体承载能力, 提高巷道修护质量, 避免巷道反复返修, 降低巷道修护成本, 在经济、技术上均取得了良好效果。

参考文献

高强支护技术篇7

1 桃园煤矿跨采上山巷道支护存在的问题

桃园矿Ⅱ4采区轨道上山位于煤层底板, 距煤层7m~30m, 上部煤层开采过程中, 底板巷道一般都受到强烈的采动影响, 工作面回采后, Ⅱ4采区轨道上山将遭到严重破坏, 甚至无法继续使用, 巷道维护难度极大, 类似巷道经常3~6个月修复一次, 因此迫切需要解决跨上山开采的巷道支护技术难题。

2 深部矿井跨采上山支护状况

通过已有的工程实践表明, 许多情况下, 现有巷道围岩控制技术仍不能有效地控制高应力软岩巷道的强烈变形, 其原因主要有三个方面:

1) 现有支护技术大多不注重对承载结构性能的分析, 在围岩表面或在围岩浅部形成的承载结构往往在结构上不稳定, 难以控制围岩的强烈变形。无论是棚式被动支护, 还是锚网索注等主动支护, 现有支护都是在围岩表面或在围岩浅部形成具有自稳能力的承载结构, 而且大多可以归结为梁结构和拱结构。控制高应力软岩巷道围岩的强烈变形, 要看在特定的围岩条件下, 承载结构能否可靠形成, 承载结构结构上是否稳定。

2) 在进行高应力软岩巷道支护时, 现有支护技术不能及时根据巷道围岩条件的变化, 采用合理的支护技术, 往往存在很大的盲目性。高应力软岩巷道围岩从稳定到不稳定, 采动条件从不受开采影响到支承压力叠加作用, 巷道断面从5~6m2到10~12m2等等, 由此引起的矿压显现十分悬殊, 但不少煤矿的支护方式和支护参数却变化不大, 现有巷道支护技术很难适应高应力软岩巷道围岩大变形。如果采用某种单一的支护方式, 要么造成巷道围岩变形难以控制, 要么造成巷道支护成本居高不下。

3) 对高应力软岩巷道的支护和维护对策研究不够。不少煤矿往往在某种支护方式失效后, 改用另一种支护方式, 结果不仅两种支护方式的支护性能都难以发挥, 巷道支护成本居高不下, 而且巷道支护效果很差, 严重影响煤矿的安全生产。

3 跨采上山高强稳定型支护技术

国内外在高应力软岩巷道围岩控制机理及技术方面进行了大量的研究工作。已有研究结果表明, 围岩愈松软, 支护阻力控制围岩变形的作用愈大, 控制高应力软岩巷道围岩变形, 支护应具备高阻可缩特性, 并开发了相应的围岩控制技术, 如高阻可缩U型钢壁后充填技术、新型锚注支护技术、高强预应力锚杆支护技术等。这些支护理论及技术的研究, 极大地促进了高应力软岩巷道支护问题的解决。

高阻可缩U型钢棚支护在高应力软岩巷道中大量使用。已有研究结果表明, U型钢壁后充填可使支架整体承载, 实现围岩-充填体-支护结构三者共同承载的力学体系, 大幅度提高支架工作阻力, 发挥围岩的自承能力。进一步研究结果表明, 由于巷道周边围岩的破裂和极不均匀变形, U型钢壁后充填后, 支架仍承受不均匀载荷作用, 但支架由局部承载变为整体承载, 大大提高了支架整体的结构稳定性。 (如图1)

在高应力软岩巷道中, 锚网支护难以形成稳定的承载结构, 由此导致的顶板事故时有发生。高阻可缩U型钢棚易于形成良好的承载结构, 可提供较高的支护阻力, 对破碎围岩的护表效果好, 但其承载性能不适应高应力软岩巷道的移动变形特点, 支架结构上易失稳, 而且恶劣的支护围岩关系会大大降低支架的整体承载能力。因此应根据结构的失稳类型采取相应的结构补偿措施, 以提高支护结构的整体稳定性, 发挥和提高支架的整体承载能力。

对于高应力软岩巷道, 将多种不同性能的单一支护耦合为统一的支护体系, 保证支护—围岩以及不同支护间的协同作用, 充分发挥各种支护的优越性能, 保证整个支护—围岩结构的稳定性, 最终达到有效控制高应力软岩巷道变形的目的。耦合支护的关键是如何将不同性能的单一支护耦合为一个整体, 它不同于以往的复合支护或联合支护, 如棚—注—索耦合支护中通过耦合装置将锚索与U型钢棚耦合为一体, 通过合理布置锚索及其耦合装置, 可以显著改善支架各部位承载性能的巨大差别, 同时棚式支护的良好护表性能发挥了锚索支护有效控制围岩变形的能力, 使整个支护体系的承载性能与围岩的变形特征相适应, 形成本质上安全、支护阻力大、结构稳定的支护-围岩承载结构。

4 结论

1) 揭示了动压影响下底板巷道的变形破坏机理, 创造性提出了支护承载结构补偿原理及其机制, 能够有效地控制动压影响巷道的围岩变形。

2) 动压影响巷道的支护难题是矿区需要很好解决的支护难题之一解决不同围岩条件下动压影响巷道的支护难题, 经济效益显著, 有利于矿井实现安全高效生产。

3) 解决不同围岩条件下动压影响巷道的支护难题, 可以从整体上把握巷道合理支护技术, 对较好地解决巷道支护难题具有积极的指导意义。

摘要：本文通过对桃园煤矿跨采上山巷道支护存在问题的分析, 提出了跨采上山高强稳定型支护技术。解决矿井跨采上山支护巷道的支护难题, 可以从整体上把握巷道合理支护技术, 对较好地解决巷道支护难题具有积极的指导意义。

高强支护技术篇8

1 高强预应力锚杆支护技术的内涵

所谓高强预应力锚杆支护, 主要是借助一种/多种支护技术组合而成的支护方法, 其以锚杆作为主体, 配合钢带以及金属网形成的小孔径高强度预应力锚索, 并借助专业的锚杆钻机、安装螺母以实现钻孔、锚杆的一体化。锚杆选择左旋无纵筋螺纹钢筋, 钢带形状选择W型、M型或者梯形, 金属网形状则选择菱形。高强预应力锚杆支护技术能够主动及时地进行支护, 强度高、预紧力强, 十分安全可靠。该技术属于主动支护体, 加上锚杆具备一定的延伸性, 因此不会受到围岩小程度变形的影响, 属于高强度的柔性支护技术, 在深井、高低压的煤矿开采中十分适用, 能够减少对围岩的破坏, 确保巷道完全稳定, 保证煤矿开采工作安全、稳定的进行。

2 高强预应力锚杆支护技术在深井巷道中的应用

深井巷道煤层围岩属性复杂, 稳定性不足, 断层构造十分复杂, 矿山中原岩应力较大, 会出现较大且快速的变形, 可能会影响大范围的矿层。深井巷道的支护工程具有较大的困难, 以往的单一锚杆支护形式无法确保其稳定性, 因此要研究新型的锚杆支护技术。

2.1 小煤柱顶压掘巷

小煤柱顶压掘巷中, 进行支护时需要充分分析围岩应力变形的特性, 从而选择恰当的支护体系, 确保围岩变形在开挖的过程中所受的破坏得到有效的控制。高强预应力锚杆支护技术在小煤柱顶压掘巷开采时的应用, 能够很好地保证围岩的稳定性, 通常选择锚带网配合锚索的支护方式。为了确保小煤柱的稳定性不会受到影响, 锚带网进行上部支护, 所选锚杆的长度为2.2 m、Ф18mm, 按照矩形进行布置, 于顶板设置5根, 排距为0.8m×0.7m, 帮设置4根, 排距0.8m×0.8m, 于巷道顶板位置以3m为间距安装2根长度为5.5m的锚索, 以提高结构的强度。通过高强预应力锚杆支护, 在施工以及回采过程中巷道稳定性较强, 巷道未出现较大的变形, 使用过程中不需对煤矿进行较大的修复, 开采中能获得较大的收益。

2.2 沿空留巷

深井巷道的围岩压力较大, 在开采的过程中容易产生较大的波动, 因此可能无法顺利地进行沿空留巷工作。借助高压强预应力锚杆支护技术能够保证沿空留巷顺利地进行。具体方法是在深井巷道掘进的过程中, 做好支护工作能够加强围岩的稳定性。同时, 借助锚带网+锚索联合支护, 一旦回采过程中超过前工作面40m-60m, 则借助高强预应力支架对顶板进行加固, 同时加设锚带网以支护下帮巷壁。在对上帮巷壁进行支护的过程中, 选择水泥砂浆覆盖石墙, 同时沿着石墙加设金属摩擦柱以达到支护的目的, 金属柱的间隔为1.2m, 数量为4条。通过以上支护, 能够保证巷道具有较强的稳定性, 开采过程中未出现较大的变形, 保证开采工作能够顺利进行并节约一定的费用, 增加煤矿的开采量。

2.3 大断面、硐室等巷道

部分巷道的跨度大, 拱高, 因此支护结构所承受的压力较大, 导致支护难度大, 尤其是大断面巷道、车场三岔点以及硐室等巷道, 对于支护技术的要求十分严格。按照各巷道的特点, 选择拱形断面进行支护, 以锚带配合混凝土喷射以达到支护的效果。若围岩条件复杂、破碎, 容易受到压力的影响, 则选择锚带网+锚索并喷射混凝土以实现支护, 所选锚杆的长度需超过2m, 各锚杆的距离不可超过0.8m×0.8m。

2.4 巷道修复

一般来说, 大多数巷道采用的支护方式均为架设金属棚或支护钢梁等, 往往会耗费较多的时间, 且所需成本较高, 导致煤矿开采时间受到限制。采用高强预应力锚杆支护技术, 能够获得较好的支护效果。例如, 某矿井绞车道长度为200m, 选择锚杆配合梯形钢带支护, 并加设金属网, 所选锚杆长1.8m, 距离1m×1m进行支护, 该方法同金属棚相比, 能够节约一半的费用, 降低工作强度, 加快煤矿开采的速度。

3 高强预应力锚杆支护技术应用中存在的问题及解决对策

3.1 主要问题

在深井巷道中采用锚杆支护技术一般是通过工程类比方以及公式进行简单计算, 并未对客观地质进行全面的分析, 可能会存在支护参数不合理的问题, 导致锚杆支护效果不佳, 安全性无法得到保证。目前我国锚杆支护所用的锚杆机扭矩力均较小, 导致锚杆的预紧力无法保证, 达不到预期的支护效果。而且, 在具体支护的过程中, 大多数煤矿企业施工管理水平低, 技术人员专业素质低, 没有足够的责任心, 无法进行规范性的操作, 导致支护的效果大打折扣。

一般情况下, 我国的深井巷道成型的质量较差, 尤其是进行巷道修复的过程中, 巷壁不齐, 破碎层多, 导致钻孔难度大, 锚杆无法顺利安装, 安装完成后质量差, 影响支护的整体效果。作为支护人员, 对于支护的相关知识及理论没有足够的认识, 导致锚杆支护的优越性无法全面的发挥, 尤其是对于巷帮的支护没有足够的重视, 使得预应力锚杆支护的整体性下降。另外, 在进行支护过程中, 没有做好监测工作, 监测方法过于落后, 监测内容不全面, 导致锚杆支护的效果无法得到精确的监测, 不能发现其中存在的问题并及时予以解决, 造成无法挽回的后果。

3.2 解决对策

要想增强支护的效果, 则需要大力引进业内先进的仪器设备, 更新技术手段, 做好支护工作开展前的地质勘查工作, 充分了解相关参数, 从而选择最佳的支护材料及手段, 确保支护合理, 且经费合理。做好工作人员的相关技术培训工作, 提升管理人员的管理水平, 规范支护作业流程, 保证支护及时、安全可靠。要想保证高强预应力锚杆支护技术发挥应有的效果, 则必须要保证其具备高预紧力。采用人工的方式借助力矩扳手以加大预紧力, 保证符合规定要求, 并研究新材料以减少摩擦, 从而增强结构的承载力。保证爆破的效果, 确保巷道成型的质量符合开挖要求, 若存在局部不平的情况则进行人工找平, 从而保证锚杆等支护材料能够和岩面紧密相贴。

加强工作人员对巷帮支护的认识, 从而保证支护过程中对其重点处理, 以确保巷道的整体稳定, 保证开采工作的顺利进行。加强学习, 积极引进巷道支护的先进技术工艺, 从而改善围岩的支护效果, 为修复巷道提供恰当的支护方式, 保证支护质量。若支护过程中需借助混凝土, 则要保证喷浆工艺符合相关要求, 确保喷浆的质量, 使得支护结构达到质量要求。

4 结束语

高强支护技术篇9

1 工程地质概述

泉店煤矿井田整体为一走向北西、倾向南西的单斜构造, 西部发育一宽缓向、背斜构造, 地层走向300°～330°, 倾向210°～240°, 倾角10°～29°。井田构造特征以断层为主, 井田边界发育的断层有NE向、NWW向2组, 均为高角度正断层。矿井东翼地质构造较为复杂, 不仅存在1条落差0～75 m的DF04断层东西向贯穿井田, 而且在东翼采区变电所和11070工作面辅助上山下部车场附近存在断层落差不等的断层构造带, 受断层切割影响, 该区域内巷道围岩较为松散、破碎, 应力集中程度较高。巷道揭露的围岩岩性以泥岩和砂质泥岩为主, 并且节理、裂隙发育, 围岩整体性较差, 岩体整体强度较低, 自承载能力较弱, 由东翼采区地质构造分布及2条大巷的围岩岩性可知, 东翼轨道大巷和胶带大巷属于典型断层构造带高应力软岩巷道。与此同时东翼轨道大巷和胶带大巷作为矿井东翼采区行人、通风、运输的咽喉通道, 服务年限较长, 使用断面要求较高, 因此, 迫切需要合理的巷道支护方式, 从而长期有效地保障巷道使用断面。

2 巷道变形破坏特征及原因分析

2.1 巷道变形破坏特征

-540 m东翼轨道大巷和胶带大巷设计断面均为直墙半圆拱形, 2条巷道断面参数一致, 巷道净宽4 600 mm, 净高3 900 mm, 采用锚网喷支护方式, 选用Ø20 mm×2 400 mm的等强螺纹钢树脂锚杆, 每根锚杆使用2支K2350树脂锚固剂, 锚杆间排距均为700 mm, 喷层厚120 mm。同时, 在巷道拱部布置Ø18.9 mm×8 000 mm的锚索进行加强支护, 锚索间排距为1 600 mm×2 000 mm, 每根锚索使用4支K2350树脂锚固剂。在此基础上, 当顶板较为破碎时使用双层钢筋网护顶, 并根据巷道围岩破碎状况选择性地实施注浆加固, 注浆锚杆间排距2 000 mm×3 000 mm, 起注高度400 mm, 注浆锚杆长度3 000 mm。

随着与掘进工作面距离继续增大, 巷道围岩压力显现逐步增强, 巷道顶板喷层大量开裂、离层, 尤其在靠近断层区域内, 巷道变形十分强烈, 不仅顶板明显下沉, 两帮强烈内移, 而且巷道底鼓严重, 局部地段巷道顶底板移近量高达1 000 mm。在架棚段, 巷道右帮棚腿大量弯曲变形, 呈现强烈内凸, 棚腿出现大量滑移, 局部巷道顶底板和两帮最大移近量分别高达1 200, 1 100 mm, 其特征为:①巷道两帮强烈内移, 巷道起拱线附近出现明显的剪胀变形缝, 两帮内移严重的巷道段顶板中间出现尖顶型破坏;②巷道顶板明显下沉, 部分区域顶板由圆弧状被压成平顶状;③巷道表面浆皮开裂、掉落严重, 部分区域出现裸露岩石情况;④巷道底鼓强烈, 尤其在断层构造带附近, 底鼓量占巷道顶底板移近量的70%以上。

2.2 破坏原因分析

(1) 巷道围岩破碎, 岩体强度较低。

巷道掘进过程中揭露的巷道围岩以泥岩、砂质泥岩为主, 含有少部分砂岩夹层, 岩体较为破碎, 裂隙发育, 取心率不高, 岩石质量指数RQD属于较差或中等水平。实验室测得砂质泥岩岩块单轴抗压强度为66.99 MPa, 抗拉强度为7.65 MPa, 内聚力为4.26 MPa, 内摩擦角为38.94°;泥岩岩块单轴抗压强度为34.47 MPa, 抗拉强度为4.65 MPa, 内聚力为0.77 MPa, 内摩擦角为41.86°。虽然完整岩块的强度较大, 但是此类岩体原生节理、裂隙发育, 岩体整体性较差, 在结构面影响下, 岩体的抗压强度、抗拉强度、内聚力以及内摩擦角均急剧减小[1]。

(2) 断层构造分布广泛, 矿压显现强烈。

东翼轨道大巷和胶带大巷不仅巷道围岩岩性较差, 而且地质构造极为复杂, 大小断层有8条之多。该区域内的岩层受到断层切割影响后, 巷道围岩极为松散破碎, 围岩体整体强度偏低, 而且断层构造造成较大的构造应力, 在这种高应力作用下巷道围岩剪胀变形较为强烈。

(3) 巷道位置及设计致使巷道受到较大构造应力。

由构造应力引起巷道变形的一个重要特点, 就是由于巷道走向与应力作用方向间的夹角不同。围岩内的应力集中程度有很大差异, 东翼采区地应力场以构造应力为主, 测得沿巷道方向的应力分量为12.43 MPa, 垂直于轨道大巷的应力分量为12.95 MPa, 均为压应力, 东翼轨道大巷和胶带大巷均受到较大的垂直巷道走向的构造应力作用, 这成为导致巷道变形破坏的主要影响因素。

(4) 原有支护设计缺少针对性, 支护参数不合理。

-540 m东翼轨道大巷和胶带大巷基本支护选用Ø20 mm×2 400 mm的等强螺纹钢锚杆, 锚固范围较小, 形成的承载结构厚度较小。另一方面由于锚杆间的岩体仅通过护表能力一般的普通钢筋网支护, 当围岩变形较为强烈时不仅金属网容易屈服变形, 而且网与网之间的搭接部位也极易破坏, 从某种程度上降低了锚网支护承载能力。

(5) 巷道成型较差, 支护难以充分发挥作用。

由于巷道成型较差, 巷道周边轮廓不平整, 造成巷道浅部围岩支护承载结构出现非均匀承载现象, 巷道局部岩体的应力集中, 巷道局部区域变形破坏加速, 尤其巷道顶部超挖的部位应力集中较大, 变形破坏明显。

3 高强稳定型支护技术方案

3.1 技术核心

针对巷道受断层构造带切割影响围岩极为松散破碎的特点, 在原有一次锚网支护的基础上, 视围岩条件决定是否对围岩实施注浆加固, 对松散破碎岩体实施胶结, 以便提高巷道围岩体的完整性及强度;针对断层构造带围岩压力大、矿压显现强烈的特点, 通过实施高强度结构稳定型二次锚网支护, 利用较高的锚网支护强度控制围岩的塑性变形;同时根据巷道围岩的移动变形特征, 采用小孔径高强预应力锚索在合理部位实施结构补偿, 提高锚网支护承载结构的整体稳定性及承载能力, 达到支护—围岩共同承载的目的, 从而有效控制此类巷道围岩的强烈变形[2]。

3.2 锚网索支护方案

针对原有一次锚网支护整体支护强度偏低及整体、稳定性较差的特点, 采用二次高强度结构稳定型锚网索加强支护技术。

(1) 采用Ø22 mm×3 000 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆, 锚杆间排距为700 mm×750 mm, 所有锚杆尾部螺纹应使用滚丝机加工, 减小锚杆强度损失。每个锚杆孔使用2支K2350树脂锚固剂, 辅助控制巷道底鼓。锚网索支护方案如图1所示。

(2) 采用高强度钢筋网护表, 有效提高锚网支护系统的护表能力。

(3) 沿巷道轴向布置高强度钢筋梯子梁, 发挥锚网支护中锚杆的整体支护效果。

(4) 锚杆托盘采用120 mm×120 mm×10 mm A3钢鼓形托盘。

(5) 为提高锚网支护承载结构的稳定性, 采用小孔径高强预应力锚索实施结构补偿, 顶板结构补偿锚索规格Ø18.9 mm×8 000 mm, 帮部锚索规格Ø18.9 mm×5 000 mm, 顶部和帮部锚索均选用1860钢绞线, 锚索排距1 400 mm, 每个锚索孔使用4支K2350树脂锚固剂, 理论锚固长度接近2 500 mm。

3.3 底鼓治理方案

东翼2条大巷局部地段底鼓十分强烈, 反复卧底不仅浪费大量人力物力, 而且对巷道围岩稳定性极为不利。针对底鼓强烈的地段提出治理方案。

采用底板锚索、锚杆相结合的支护方式, 底板采用Ø22 mm×3 000 mm的高强树脂锚杆。由于巷道底板跨度较大, 且水沟尺寸为1 000 mm×900 mm, 因此在巷道水沟中央布置1根Ø18.9 mm×4 000 mm锚索, 考虑到巷道水沟的稳定性, 底板锚杆距水沟左壁380 mm (图2) , 此外在距巷道左帮1 600 mm处布置1根Ø18.9 mm×5 000 mm底板锚索, 底板锚杆、锚索排距均为1 000 mm。同时, 为提高巷道底板的整体稳定性, 底板使用18#槽钢整体梁, 将底板锚杆、锚索连接起来。

实际施工中此方案较为复杂, 同时东翼胶带大巷和东翼轨道大巷还在掘进, 出矸胶带增加了底板治理施工难度, 因此只在东翼轨道大巷断层破碎带底鼓强烈部位施工, 巷道其他部位并未按底板治理方案[3]施工。

3.4 围岩注浆加固方案

针对-540 m轨道大巷受断层构造影响围岩较为松散、破碎的特点, 在原有一次锚网支护基础上, 视围岩破碎状况实施注浆加固, 提高巷道破碎围岩体的完整性及强度, 同时为二次高强锚网支护顺利实施提供保障。当锚杆施工困难、成孔困难时, 需对围岩进行注浆。注浆锚杆间排距均为1 500 mm, 起注高度400 mm, 孔深3 000 mm。按设计方案要求打注浆锚杆孔、安装注浆锚杆, 然后进行注浆。注浆过程中需要控制的注浆参数主要有注浆压力、注浆量和注浆时间。

(1) 注浆压力。

注浆压力直接影响注浆加固质量和效果, 并受地层条件、注浆方式和注浆材料等因素的影响和制约。在注浆过程中应加强观察, 不进行破坏性注浆, 注浆压力一般应不超过3 MPa。

(2) 注浆量。

由于围岩裂隙发育、围岩松动范围的不均匀性和围岩岩性的差异, 围岩吸浆量差别较大。本着既有效加固围岩又节约注浆材料和注浆时间的原则, 根据围岩状况和注浆压力, 综合确定合理注浆量。

(3) 注浆时间。

为了防止浆液沿弱面扩散较远, 造成跑漏浆现象, 注浆过程中在控制注浆压力和注浆量的同时, 必须有效控制注浆时间。尤其在围岩较为破碎的地段, 应实施单孔多次注浆, 不仅能够有效避免浆液浪费, 而且保障了注浆效果。

4 结语

许多情况下现有巷道围岩控制技术仍不能有效控制断层带高应力软岩巷道的强烈变形, 出现这种情况的原因, 不仅是因为支护强度不够, 更重要的是现有支护承载结构稳定性较差, 难以有效控制巷道围岩的强烈变形。

无论是静压条件还是动压影响条件, 巷道两帮和底板始终是巷道变形破坏的突破口和整个支护体系的薄弱之处, 围岩稳定性较差, 即位移量最大、应力变化剧烈、拉应力区范围最大, 需采取措施对巷道两帮和底板进行强度补偿和结构补偿, 保证支护体系整体承载能力和结构稳定性。

在泉店煤矿特定地质条件下, 高强稳定型支护技术方案能够提高巷道围岩的各项力学参数, 改善围岩受力状况, 有效抑制巷道围岩的离层及变形。经过1 a的试验, 东翼轨道大巷支护情况明显好转, 由以前前掘后修的恶性循环状况转变为现阶段良好的支护状况, 确保了东翼大巷满足使用要求。

摘要：泉店煤矿东翼-540 m东翼轨道大巷和胶带大巷附近区域断层构造分布较为密集, 巷道围岩极为破碎, 区域内构造应力集中程度较高, 使得松散破碎的巷道围岩在高应力作用下剪胀变形强烈。针对此类巷道, 运用结构补偿原理, 采用高强度结构稳定型支护技术方案, 在巷道修复中取得了较好效果。

关键词：高应力,软岩巷道,破坏特征,结构补偿,高强支护