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        深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

        2019-10-21 07:56:26王猛
        科技風(fēng) 2019年10期

        摘要:隨著煤礦開采深度的不斷增加,巷道在高應(yīng)力的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中,圍巖松軟破碎,巷道變形量大,難以控制,給礦井安全生產(chǎn)提出了更高的要求。通過研究深部高應(yīng)力軟巖巷道的變形特征及最佳支護(hù)時(shí)段,改變傳統(tǒng)單一支護(hù)的局限性,提出了軟巖巷道的聯(lián)合支護(hù)技術(shù),能夠有效的控制圍巖變形,提高巷道的穩(wěn)定性,保障煤礦安全生產(chǎn)。

        關(guān)鍵詞:深部;高應(yīng)力;軟巖;最佳支護(hù)時(shí)段;聯(lián)合支護(hù)

        中圖分類號:TD35

        隨著煤炭行業(yè)不斷發(fā)展,淺部煤炭資源日益減少,煤炭開采深度不斷增加,礦井逐漸進(jìn)入深部資源開采階段。隨著開采深度增加,巷道圍巖在“三高一擾動”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下,巷道表現(xiàn)出底臌嚴(yán)重、兩幫移近量大,支護(hù)困難,給深部應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。[1-2]目前,深部軟巖工程已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。研究軟巖巷道支護(hù)技術(shù),最佳支護(hù)時(shí)段,對控制巷道變形,保證礦井安全生產(chǎn),開采深部煤炭資源的具有重要意義。[3]

        1 軟巖巷道特征

        根據(jù)圍巖松動圈理論,巷道開挖破壞了原應(yīng)力狀態(tài),造成圍巖應(yīng)力場重新分布,在其周圍形成破碎區(qū)、塑性區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū),區(qū)域大小與圍巖巖性及巷道斷面大小有關(guān)。深部高應(yīng)力軟巖巷道開挖,破壞了圍巖的整體性,應(yīng)力向其周圍釋放,巖體的承載力下降,如果支護(hù)不及時(shí),巷道變形破壞嚴(yán)重,頂板下沉量增大。[6]

        軟巖巷道開挖初期表現(xiàn)出變形速率大的特征。巷道掘進(jìn)引起應(yīng)力重新分布,且速度快。如果支護(hù)不及時(shí),容易發(fā)生冒頂、片幫等事故。在高應(yīng)力環(huán)境下軟巖的承載力大大降低,軟巖巷道變形表現(xiàn)出時(shí)效性。初期來壓快,自穩(wěn)時(shí)間短,由于巖體松軟,流變時(shí)間長,增加了巷道支護(hù)難度和維護(hù)費(fèi)用。[4-5]

        2 軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

        2.1 軟巖巷道支護(hù)原理

        軟巖巷道支護(hù)在于提高巷道圍巖的自承能力。為有效控制圍巖變形,提高巷道穩(wěn)定性,要根據(jù)圍巖屬性,分析其來壓規(guī)律,及時(shí)調(diào)整支護(hù)技術(shù),使支護(hù)結(jié)構(gòu)及其技術(shù)不斷適應(yīng)圍巖變形活動規(guī)律。

        為有效控制巷道圍巖變形,提高巷道整體性。應(yīng)改變傳統(tǒng)的單一支護(hù)結(jié)構(gòu),采用耦合支護(hù),錨注結(jié)構(gòu)、二次支護(hù)等技術(shù)。同時(shí)綜合考慮,采取卸壓、加固和支護(hù)相結(jié)合的方法,充分卸掉高應(yīng)力區(qū)的壓力,對大變形區(qū)進(jìn)行讓壓處理,整體加固松軟破碎的區(qū)域。再者,對巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

        2.2 軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

        巷道支護(hù)在于控制圍巖的破脹變形。采用單一支護(hù)方式效果差,無法保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此,根據(jù)巷道地質(zhì)條件、開挖斷面、服務(wù)年限、支護(hù)材料強(qiáng)度等因素,選擇合理的支護(hù)方案,有效控制圍巖變形,現(xiàn)針對軟巖巷道采取的支護(hù)技術(shù)加以說明。

        (1)錨桿(索)網(wǎng)+鋼帶+梯形棚聯(lián)合支護(hù)。采用先讓后強(qiáng)的思想,有效的結(jié)合了傳統(tǒng)剛性支護(hù)和柔性支護(hù)。巷道開挖初期采用錨桿網(wǎng)+鋼帶支護(hù),提高巷道圍巖的強(qiáng)度,控制圍巖變形。待變形穩(wěn)定后,采用架棚剛性支護(hù),為圍巖提供支護(hù)阻力,有效控制巷道變形。

        (2)錨網(wǎng)噴二次支護(hù)。軟巖巷道圍巖的自身承載能力較差,加重了支護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān),必須通過有效的方法提高圍巖強(qiáng)度,改善圍巖的承載能力,提高支護(hù)效果。巷道開挖后首先進(jìn)行錨索網(wǎng)支護(hù)。然后,噴射混凝土封閉暴露的巷道圍巖,與錨索共同形成承載環(huán),既改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài),又可以讓巷道圍巖壓力充分釋放,最后對巷道進(jìn)行二次噴漿支護(hù)。

        (3)錨索網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護(hù)。巷道頂板比較復(fù)雜的情況下,采用錨索+梁+網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的方式。根據(jù)懸吊理論,首先將錨索錨固到上覆穩(wěn)定巖層中,提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。然后再安裝支護(hù)梁,提高圍巖整體性,進(jìn)一步改善支護(hù)效果。同時(shí),在兩幫的棚腿安裝錨桿,提高兩幫支護(hù)強(qiáng)度。

        3 最佳支護(hù)時(shí)間和最佳支護(hù)時(shí)段

        3.1 最佳支護(hù)時(shí)間

        即可以使(PR+PD)同時(shí)達(dá)到最大的支護(hù)時(shí)間,其中PR為圍巖支承力,PD為以變形轉(zhuǎn)化的工程力,其意義如圖1所示。圖中顯示,(PR+PD)~t曲線最大值點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)間TS就是最佳支護(hù)時(shí)間。同時(shí),該點(diǎn)也是PD~t曲線和PR~t曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間。[7]

        3.2 最佳支護(hù)時(shí)間段

        實(shí)際工程中難以準(zhǔn)確掌握最佳支護(hù)時(shí)間,所以采用最佳支護(hù)時(shí)間段的概念,其意義如圖2所示。只要在最佳支護(hù)時(shí)間TS附近對巷道進(jìn)行永久支護(hù),基本上可以使PD和PR同時(shí)達(dá)到優(yōu)化意義上的最大。這樣,(PR +PD)→MAX也就自動滿足。[7]

        4 結(jié)語

        巷道支護(hù)主要是采取有效方法對圍巖進(jìn)行加固,改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài),控制圍巖變形。支護(hù)形式改變單一支護(hù),采用聯(lián)合支護(hù),提高圍巖的整體強(qiáng)度,改善巷道圍巖的承載能力,有效控制巷道變形,達(dá)到控制巷道圍巖變形的目的,提高了軟巖支護(hù)效果。

        參考文獻(xiàn):

        [1]孟慶彬,韓立軍,喬衛(wèi)國,等.唐口煤礦深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2012,32(02):164-171.

        [2]何滿潮,景海河,孫曉明.軟巖工程地質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2000,8(1):56-62.

        [3]何滿潮.深部巖體力學(xué)與工程災(zāi)害控制研究現(xiàn)狀與展望[A].2009—2010巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告[C].中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會,2010:10.

        [4]劉高,聶德新,韓文峰.高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形破壞研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2000,19(6):726-730.

        [5]佟利.二次耦合支護(hù)技術(shù)在礦井軟巖巷道中的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2011(22):145-146+151.

        [6]王金龍.二次耦合支護(hù)技術(shù)在礦井軟巖巷道中的應(yīng)用[J].科技信息,2012(30):385.

        [7]趙曉央.煤礦軟巖巷道支護(hù)應(yīng)用管理[J].機(jī)械管理開發(fā),2016-155(3):62-63.

        [8]何滿潮,景海河,孫曉明.軟巖工程地質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2000(01):46-62.

        作者簡介:王猛(1998-),男,山東泗水人,本科,主要從事煤礦巷道變形破壞與支護(hù)研究。

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