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        深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則及控制技術(shù)

        2014-03-25 10:22:49
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年8期
        關(guān)鍵詞:深井薄層控制技術(shù)

        (劉莊煤礦綜掘三隊,安徽 阜陽 236000)

        深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則及控制技術(shù)

        李佩濤

        (劉莊煤礦綜掘三隊,安徽 阜陽 236000)

        針對深井巷道圍巖變形特征和破壞特點(diǎn)所進(jìn)行分析和研究,分析了深井水平薄層頂板巷道圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)原理:錨桿支護(hù)對巷道圍巖應(yīng)力場優(yōu)化、圍巖體強(qiáng)度強(qiáng)化以及圍巖承載結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)化,提出了相應(yīng)的失穩(wěn)變形控制對策。

        深井;薄層頂板;巷道圍巖控制技術(shù)

        一、深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則

        巖石開掘后,仍具有一定的殘余強(qiáng)度,松動破裂的圍巖仍有一定的承載能力,

        圍巖既是支護(hù)壓力作用的對象又是抵抗壓力的承載體,其承載作用往往是支護(hù)的主體。巷道支護(hù)中,一般要遵循下面幾個原則:

        1圍巖的殘余強(qiáng)度的維護(hù)和保持原則。水或風(fēng)化的作用后會使一般軟巖的強(qiáng)度降低。為了防止圍巖風(fēng)化潮解,減少圍巖強(qiáng)度的損失就應(yīng)該在開巷后第一時間噴射混凝土封閉巖面;采用光面爆破技術(shù)施工,有利于保持巷道圍巖的強(qiáng)度。

        2圍巖的殘余強(qiáng)度的提高原則

        (1)改善圍巖應(yīng)力狀態(tài),提高圍巖整體支承能力,開掘后及時主動支護(hù),使二維應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力轉(zhuǎn)移,提高圍巖殘余強(qiáng)度;(2)采用錨桿、網(wǎng)、索主動支護(hù)。大量的工程實踐表明,錨桿、索的錨固力能將破碎的圍巖重新固定起來,提高了破碎圍巖的殘余強(qiáng)度,使其形成較高的可塑性及承載性。(3)特別破碎圍巖,采用注漿技術(shù)。對于非常嚴(yán)重破碎的巖體,錨桿支護(hù)就不能達(dá)到要求,這種情況下就應(yīng)該進(jìn)行注漿,使破碎圍巖具有一定的整體性,可以再配合錨桿支護(hù)。這樣就提高了嚴(yán)重破碎圍巖的殘余強(qiáng)度。所以注漿方式根據(jù)現(xiàn)場圍巖破碎情況分為單獨(dú)注漿,或是采用錨注式錨桿。

        3充分發(fā)揮圍巖承載能力原則。

        二、深井水平薄層頂板巷道控制技術(shù)

        1頂部注漿防泥化控制技術(shù)

        Z.Langof通過對世界上許多地下硐室圍巖壓力的總結(jié)和分析,發(fā)現(xiàn)堅硬巖石中地下硐室周邊的圍巖壓力極不對稱,大壓力區(qū)和小壓力區(qū)往往相間出現(xiàn),且最大壓力出現(xiàn)在邊墻和墻角,其值數(shù)倍于拱頂中心;而軟巖硐室的地壓在硐周分布較為均勻和對稱,最大壓力多出現(xiàn)在拱頂中心。頂板泥巖巷道自身強(qiáng)度低,承載性能差,在高應(yīng)力作用下很快發(fā)生早期松散膨脹變形;加之裂隙水的水理作用,泥化趨勢加劇,使頂板巖層很快失去承載性能,造成巷道頂板的大幅度彎曲下沉。過度的變形下沉就可能造成頂板巖梁的破斷繼而造成巷道垮冒。因此,這類巷道圍巖穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵首先是防治頂板巖層泥化控制技術(shù),而頂部注漿就是防泥化的最有效手段。

        通過在頂板巖層中施工注漿,漿液與頂部巖層中的裂隙密合,封堵滲水通道,有效減弱泥質(zhì)巖體的泥化水理作用,積極預(yù)防頂板泥巖泥化過程和親水時間,減弱泥巖膨脹變形效應(yīng)。如圖1所示。

        2幫部桁架防擠出控制技術(shù)

        由于煤層中存在薄層夾矸,這個薄層夾矸在周圍裂隙滲水貫通的情況下同樣發(fā)生象頂板泥巖遇水泥化膨脹鼓出的現(xiàn)象。另外一種情況是,大斷面巷道幫部高度較大,高幫在高地應(yīng)力作用下極易發(fā)生屈曲層裂。這些情況都屬于巷道承載結(jié)構(gòu)的不協(xié)調(diào),這些部位是最敏感最脆弱的受力大變形部位,都需要針對性進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。因而,在巷道幫部采用桁架加固技術(shù)防治幫部泥巖夾矸遇水泥化膨脹鼓出。如圖2所示。

        3深井水平薄層頂板巷道變形失穩(wěn)控制對策

        復(fù)合頂板的漸進(jìn)離層垮冒,是影響巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一,高預(yù)應(yīng)力支護(hù)是在此過程中充分調(diào)動此類巷道特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和圍巖自身的穩(wěn)定性,控制頂板的兩類離層和垮冒,安全狀況和支護(hù)效果得到很大提升。

        3.1 提高錨桿的預(yù)應(yīng)力,能夠?qū)λ擅搮^(qū)巖體與上位巖體及時擠壓加固,減緩頂板巖石松脫范圍的擴(kuò)大。

        圖1 漿液固結(jié)破裂巖體封堵滲水通道的示意圖

        圖2 桁架支護(hù)控制煤幫變形

        3.2 通過擴(kuò)大錨固范圍來加強(qiáng)上部頂板弱面強(qiáng)度,調(diào)動深部巷道圍巖的穩(wěn)定性和自身強(qiáng)度,提升頂板變形剛度,消除頂板的漸次離層和垮冒。

        3.3 當(dāng)頂板的不穩(wěn)定層厚很大時,錨固區(qū)域達(dá)不到深部的穩(wěn)定巖層時,可以利用巷道上幫角的圍巖擠壓區(qū)來建立承載結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生反力矩,減小水平應(yīng)力作用產(chǎn)生頂板巖層的破壞,也可預(yù)防頂板錨固結(jié)構(gòu)失效時的突發(fā)垮冒。

        [1]袁亮.高瓦斯礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2006.

        [2]馬崇山.厚泥巖頂板支護(hù)理論與實踐[J].陜西煤炭,2011.

        TD821

        A

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