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        試析煤礦軟巖巷道掘進支護技術

        2017-04-20 20:22:55袁海洪
        魅力中國 2016年34期
        關鍵詞:支護技術效果分析

        袁海洪

        【摘要】本文對軟巖巷道圍巖變形破壞特征、變形原因進行了研究,通過分析軟巖巷道破壞機理,然后闡述了某礦-560米開拓大巷的支護方式(加大錨桿長度、加強錨索支護、優(yōu)化支護密度等),最后由淺至深觀測優(yōu)化后的巷道支護方式,結(jié)果證明,支護經(jīng)過優(yōu)化后可以很好的降低巷道變形,同時減少其破壞。

        【關鍵詞】軟巖巷道;破壞機理;支護技術;效果分析

        一、工程介紹

        某礦正在施工,其為-560米開拓大巷、運輸巷以及軌道巷三者并行安排,之間間距為30米,運輸巷在掘進施工的時候是超前軌道巷。該礦在施工時通過膠帶輸送機和掘進機綜合機械化進行掘進,采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)噴支護方式進行巷道支護。大巷的施工地點主要在斷層破碎帶和太原組海相泥巖當中,較為突出的問題就是巷道支護。通過測驗得出,該巷圍巖在性質(zhì)上屬于軟巖,抗壓強度為2.2至21.0兆帕。這樣的圍巖屬于不堅固巖層,通常比較容易破碎,且強度小,遇水容易軟化,比較難支護,同時加之斷層、水等因素對上巷道圍巖的影響,使得棚梁彎曲下沉,而且棚腿被擠出,達不到支護效果,巷道斷面很快減小,對運輸、通風、行人都造成嚴重影響。當掘進-560米開拓巷道之后,底鼓成為大巷面臨的主要問題,最大底鼓量達到0.45米,這對軌道造成一定破壞,而且大巷運輸正常運行較為困難,掘進速度顯著降低,不僅如此,還造成斷面發(fā)生變形,嚴重收縮,通風阻力也明顯增大,行人安全距離明顯減小,巷道出現(xiàn)冒頂?shù)粼?,這些現(xiàn)象都對人身安全造成危害,所以,對巷道支護質(zhì)量進行改善很有必要。

        二、軟巖巷道變形破壞機理和原因分析

        1.軟巖巷道破壞機理

        軟巖進入了大變形階段,屬于非線性塑性變形,其變形場在非線性力學場范圍,所以,軟巖巷道破壞機理明顯不同于硬巖巷道。通過分析巷道圍巖強度、巷道變形量、圍巖礦物成分、圍巖應力狀態(tài)等因素,能夠得出某礦-560米開拓大巷圍巖屬于高應力節(jié)理化膨脹性復合型軟巖。如果在支護的極限承載能力達不到荷載時,就會導致巷道圍巖發(fā)生形變,進而會破壞支護。通常來講,外載荷有以下幾種:構(gòu)造應力、覆巖壓力、支撐壓力、沖擊地壓。雖然說影響支護的因素很多,但是外力和巖石本身性質(zhì)絕對是最重要的,如果巖石受上述某種力或者是幾種力作用,先會失穩(wěn),然后使得支護也失穩(wěn)。

        2.大巷變形分析

        第一,巷道失穩(wěn)歸根結(jié)底是由于圍巖承載能力比較低。通過研究實驗可知,該巷道圍巖抗壓強度還達不到21兆帕,標準的軟巖。再加上斷層的破碎帶比較多,圍巖整體承載能力就會受到比較大的影響。

        第二,地應力比較大。巷道所占地方斷層多、地質(zhì)條件不好,而且最主要的是水平應力,數(shù)值也很大。

        第三,原有的支護參數(shù)不恰當。問題主要表現(xiàn)在以下幾方面:1)支護強度達不到,支護的整體性形不成。2)托盤和錨桿不吻合,托盤達不到應有厚度,還有的托盤內(nèi)陷、反轉(zhuǎn),這使得錨固完不成應有作用。除此之外,施工的時候因為巷道支護滯后、有些錨桿預緊力不足等緣故,使得巷道重要部位陷失穩(wěn)破壞,然后從部分再使得全斷面失效。3)應力比較集中的區(qū)域措施不達標。最容易出現(xiàn)應力增高的地方是巷道底板中的圍巖,然后巷道底板產(chǎn)生發(fā)生明顯的塑性變形和剪切破壞,進而有彎曲、碎脹等變形出現(xiàn)。

        三、優(yōu)化支護設計

        1.原來支護措施

        開拓大巷斷面巷道寬為4.4米,軌面往上的高為33.5米,其形狀為直墻半圓拱形。之前采用的是錨網(wǎng)噴支護,使用直徑為0.02m×2m的錨桿,其間排距是0.8m×0.9m,矩形鋼筋網(wǎng)為4號,網(wǎng)格是0.1m×0.1m,噴漿的時候使用C20強度的混凝土,保持噴層厚度為0.15米。使用直徑為0.01524m×7.3m的錨索,保證排距2.7m,在局部地段根據(jù)不同地段,然后通過增加錨索的方式來使支護變強。

        2.支護優(yōu)化措施

        第一,支護形式。通過分析-560米開拓大巷頂板和兩幫變形以及底鼓的特征,明確巷道斷面形狀,為了使巷道底鼓能夠得到較好的控制,使用反底拱聯(lián)合底角錨桿耦合支護的方式進行整治。在軌面向下的位置,按照一定的弧形挖掘0.6米,然后鋪反底拱,與此同時,兩幫和頂分別增加0.1米當做毛斷面施工尺寸。

        第二,支護參數(shù)。1)錨桿。巷道的頂板和兩幫要使用高性能的錨桿,其直徑為0.02m×2.5m,采用的是IV級專用螺紋鋼加工制成,錨桿間排距0.6m×0.7m。在兩側(cè)底角的地方分別打一根底角錨桿,其直徑為0.022米,長度為2.8米,同時保持和基本錨桿的間距小于1米。通過加長錨固方式,每根錨桿使用三卷樹脂藥卷,其中一卷的型號為K2350,另外兩卷的型號為Z2360。2)錨索。其直徑為0.0178m×9m,排距為2.1米,有一根錨索打在頂板兩側(cè),即二三根錨桿之間,每個孔使用四卷樹脂藥卷,一卷型號為K2350,另外三卷型號為Z2360。3)托盤。錨桿使用0.3m×0.3m的新托盤,錨索采用的托盤尺寸為0.4m×0.4m。4)網(wǎng)。該鐵絲網(wǎng)直徑為0.0065米,由鋼筋焊制而成,網(wǎng)格為0.1m×0.1m,網(wǎng)邊通過鉤扣聯(lián)結(jié),錨桿和錨索支護具體由圖1來說明。

        四、效果分析

        優(yōu)化過支護參數(shù)后,要對后續(xù)工作進行跟蹤,即在新的支護參數(shù)下,監(jiān)測巷道頂?shù)准皟蓭妥冃我约皟蓭蜕畈课灰魄闆r,然后對優(yōu)化后的支護效果進行判斷分析。通過工作面持續(xù)向前掘進,在運輸大巷向掘進面方向安排四個表面位移收斂監(jiān)測站,在軌道大巷向掘進面方向安排兩個深部位移觀測站。每個測站每天觀測一次,連續(xù)觀測,直到巷道變形穩(wěn)定,檢測到兩幫深部變形以及表面位移收斂的準確數(shù)據(jù)。在此,選取一個表面位移測點和深部位移測點來進行分析。具體情況如圖2所示。

        通過圖2可得,通過優(yōu)化支護參數(shù)支護,-560米開拓大巷掘進時,頂?shù)装搴蛢蓭妥畲笠平糠謩e是0.162米和0.144米,表面收斂率不大。通過實測數(shù)據(jù)來看,頂?shù)装搴蛢蓭推骄兓糠謩e為0.145米和0.131米。通過深部位移測量數(shù)據(jù)看出,巷道圍巖松動圈是兩米時,說明錨桿長度選擇合適。

        五、結(jié)語

        綜上所述,支護經(jīng)過優(yōu)化后,效果改善比較明顯,對巷道破壞和變形也都降低,而且為以后掘進支護工作提供了參考依據(jù)。

        參考文獻:

        [1]王旭鋒,張東升,邵鵬,張煒. 深部軟巖錨噴支護巷道快速掘進技術[J]. 采礦與安全工程學報,2011,03:415-419.

        [2]李殿國. 煤礦軟巖巷道支護技術新進展[J]. 煤炭科學技術,2010,04:37-39.

        [3]房新亮. 煤礦軟巖巷道掘進支護技術探討[J]. 科技資訊,2016,28:49+51.

        [4]楊士元. 煤礦軟巖巷道掘進支護技術[J]. 能源與節(jié)能,2016,05:161-162.

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