煤礦巷道支護(hù)技術(shù)探討

1、煤礦巷道支護(hù)技術(shù)探討摘要：本文作者通過對(duì)軟巖巷道的特征分析,及支護(hù)原理和方法的論述,對(duì)煤礦回采巷道支護(hù)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì),并給出了相應(yīng)的建議和措施。 關(guān)鍵詞：煤礦；巷道；支護(hù)技術(shù)；探討 中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 軟巖是軟弱、破碎、松散、膨脹、流變、強(qiáng)風(fēng)化蝕變及高應(yīng)力的巖體之總稱,軟巖分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖。地質(zhì)軟巖是指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量的膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱層;工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體,工程力是指作用在工程巖體上的力的總和,它可以是重力、構(gòu)造殘余應(yīng)力、水平作用力和工程擾動(dòng)力以及膨脹應(yīng)力

2、等,顯著性塑性變形是指以塑性變形為主體的變形量超過了工程設(shè)計(jì)的允許變形值,并影響了工程的正常使用。工程軟巖定義揭示了軟巖的相對(duì)性實(shí)質(zhì),即是否為軟巖取決于工程力與巖體強(qiáng)度的相互關(guān)系。當(dāng)工程力一定時(shí),不同巖體可能表現(xiàn)為硬巖特性,也可能表現(xiàn)為軟巖的特性,而對(duì)于同一種巖石,在較低工程力的作用下可表現(xiàn)為硬巖的變形特性,在較高的工程力作用下可能表現(xiàn)為軟巖的大變形特性。工程軟巖與地質(zhì)軟巖的關(guān)系為:當(dāng)工程載荷相對(duì)于地質(zhì)軟巖的強(qiáng)度足夠小時(shí),地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生顯著塑性變形的特征,此時(shí)不作為工程軟巖。只有在工程力的作用下發(fā)生了顯著塑性變形的地質(zhì)軟巖,才視為工程軟巖。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,煤的需求量逐年增長(zhǎng),開采的范圍也

3、不斷擴(kuò)大。無論新老礦井,在開掘巷道時(shí)都遇到了大量的軟巖層,特別是隨著開采深度的不斷增加,深部地壓明顯增大。 在軟巖層中施工巷道,掘進(jìn)容易,但維護(hù)極其困難,采用常規(guī)的施工方法和傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu),往往不能奏效。因此研究軟巖支護(hù)問題便成為巷道施工的關(guān)鍵問題。 1 軟巖巷道的特征 軟巖巷道最明顯的特征是地壓顯現(xiàn)比較劇烈,巷道維護(hù)困難,主要表現(xiàn)在圍巖的自穩(wěn)時(shí)間短、來壓快、圍巖變形量大、速度快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、四周來壓、底鼓明顯、遇水膨脹、變形加劇,可以用4個(gè)字來概括:松、散、軟、弱。 2 松軟巖巷道支護(hù)原理 軟巖層巷道支護(hù)的著眼點(diǎn)應(yīng)放在充分利用和發(fā)揮自承能力上。支護(hù)原理是:根據(jù)巖層不同屬性,不同地壓來源,從分

4、析地壓活動(dòng)基本規(guī)律入手,運(yùn)用信息化設(shè)計(jì)方法,使支護(hù)體系和施工工藝過程不斷適應(yīng)圍巖變形的活動(dòng)狀態(tài),以達(dá)到控制圍巖變形、維護(hù)巷道穩(wěn)定的目的。具體的說,有以下幾個(gè)方面:(1)必須改變傳統(tǒng)的單純提高支護(hù)剛度的思想,支護(hù)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度應(yīng)與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結(jié)合,與圍巖變形及強(qiáng)度相匹配,實(shí)踐證明,單純提高支護(hù)剛度的方法是難以奏效的;(2)必須采取卸壓、加固與支護(hù)相結(jié)合的方法,統(tǒng)籌考慮、合理安排,對(duì)高應(yīng)力區(qū),要卸得充分,對(duì)大變形區(qū),要讓得適度,對(duì)松散破碎區(qū),要注意整體加固,對(duì)巷道圍巖整體要支護(hù)住;(3)進(jìn)行圍巖變形量測(cè),準(zhǔn)確地掌握圍巖變形的活動(dòng)狀態(tài),根據(jù)量測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋,以確定二次支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù),確定

5、補(bǔ)強(qiáng)時(shí)間,再次支護(hù)時(shí)間和封底時(shí)間; 3 松軟巖巷道支護(hù)原則 早期的支護(hù)理論沿用地面結(jié)構(gòu)工程原理設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù),圍巖是支護(hù)的對(duì)象,支護(hù)只是人工構(gòu)筑的承載結(jié)構(gòu)而已。然而,現(xiàn)代巖石力學(xué)揭示,巖石破裂后具有殘余強(qiáng)度,松動(dòng)破裂圍巖仍具有相當(dāng)高的承載能力,圍巖既是支護(hù)壓力的根源,又是抵抗平衡原巖應(yīng)力的承載體,而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。支護(hù)的作用在于維護(hù)和提高松動(dòng)圍巖的殘余強(qiáng)度,充分發(fā)揮圍巖的承載能力。因而,在松軟巖巷道支護(hù)中,要遵循以下幾方面原則:(1)維護(hù)和保持圍巖的殘余強(qiáng)度原則。(2)提高圍巖殘余強(qiáng)度的原則。(3)充分發(fā)揮圍巖的承載能力的原則。 4 軟巖巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)軟巖的不同類型、位移、壓力及

6、使用條件等情況,軟巖支護(hù)結(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)支護(hù)、錨噴支護(hù)以及兩者組合的混合支護(hù)、緩沖支護(hù)、讓壓支護(hù)等多種支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于各礦區(qū)松軟巖層的地質(zhì)條件及圍巖條件的復(fù)雜性和隨機(jī)性,目前尚無公認(rèn)的理論計(jì)算方法。 所以必須從軟巖巷道支護(hù)工程的實(shí)際情況出發(fā),應(yīng)因地制宜選擇使用,使其在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上更加合理。 4.1 砌碹封閉式支護(hù) 采用圓形、橢圓形、馬蹄形等合理巷道斷面形狀與其相應(yīng)的料石和混凝土塊砌碹封閉支護(hù)。 此種傳統(tǒng)的剛性支護(hù)結(jié)構(gòu),適用于淺部、位移及壓力不大的膨脹性軟巖巷道。碹的壁后充填軟矸或砂。云南省田壩煤礦二號(hào)井煤建公司礦建處施工隊(duì)采用生石灰、山砂、爐灰渣配比成的壁后充填柔性材料,經(jīng)實(shí)際應(yīng)用其支護(hù)效果較好。

7、4.2 圓碹加砌木磚封閉式支護(hù) 這種支護(hù)結(jié)構(gòu)與砌碹封閉式支護(hù)的區(qū)別是在料石和混凝土砌塊之間均勻地加砌一定數(shù)量的木磚,使砌碹剛性支護(hù)形成一定的可縮量,增加了適應(yīng)圍巖變形的可縮性能,每塊木磚厚一般為2050 mm,當(dāng)圍巖的壓力越大、變形量越大時(shí),所需木磚的塊數(shù)就越多,木磚的厚度也就越大。 4.3 條帶碹支護(hù) 在松軟、膨脹軟巖中,采用圓碹加砌木磚仍不能滿足釋放較大能量的要求時(shí),就可采用條帶碹,這也是解決軟巖支護(hù)問題的途徑之一。條帶碹就是用料石或混凝土砌筑成一定長(zhǎng)度的支護(hù)碹體,稱之為“條帶”,條帶與條帶之間留有一定寬度的空隙,稱為“卸壓通道”,通道讓頂、幫圍巖暴露,允許圍巖向巷道空間方向擠出,起到能量

8、或應(yīng)力釋放的作用,為圍巖變形提供機(jī)會(huì),以減輕對(duì)碹體的壓力。條帶碹除了適用于塑性流變大,有粘土膨脹性礦物成分的軟巖平巷或坡度較小的斜巷外,對(duì)受采動(dòng)影響的巷道也有較大的適應(yīng)性。而且條帶碹還具有成本低、施工速度快、便于維修等優(yōu)點(diǎn)。 4.4離壁碹支護(hù) 離壁碹支護(hù)就是碹體和支架離開圍巖頂板及兩幫有一定距離的一種支護(hù)形式。離壁尺寸取決于圍巖釋放能量的大小,圍巖釋放能量大,變形量也大,離壁的尺寸也大。離壁碹之所以能支護(hù)軟巖巷道并穩(wěn)定下來,就是它留出釋放能量的變形空間,讓圍巖變形。離壁碹支護(hù)適應(yīng)于圍巖釋放能量較大的軟巖巷道。 4.5 置換支護(hù) 這種支護(hù)的實(shí)質(zhì)是將軟巖多挖出一定深度,用高強(qiáng)度材料(混凝土、碎石、

9、礦渣和砂子等)置換,然后再進(jìn)行支護(hù),使軟巖的位移壓力得到控制,獲得較好的支護(hù)效果。置換支護(hù)有兩種基本形式:當(dāng)軟巖只占巷道斷面的一部分時(shí),采用局部置換支護(hù);當(dāng)全斷面位于軟巖之中時(shí),采用全部置換支護(hù)。 4.6 錨噴網(wǎng)支護(hù) 在流變、膨脹性不很大的軟巖中,錨噴網(wǎng)支護(hù)是有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)。其支護(hù)特點(diǎn)要求是: (1)巷道掘進(jìn)后及時(shí)噴一層薄混凝土,以封閉圍巖、防水防風(fēng)化、保護(hù)圍巖強(qiáng)度與自承能力。(2)以錨為主,軟巖錨桿要選用全長(zhǎng)錨固具有滑移讓壓特性適應(yīng)大位移量的錨桿,錨桿密度要大,一般小于400600 mm,最好是長(zhǎng)錨桿與短錨桿并用。(3)加鋪金屬網(wǎng)并用錨桿將網(wǎng)與巖壁錨固緊。(4)復(fù)噴混凝土,形成錨噴網(wǎng)一次支護(hù)。(5)觀察圍巖與支護(hù)的變形位移,并適時(shí)復(fù)噴補(bǔ)強(qiáng);到圍巖趨于穩(wěn)定時(shí),復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度,形成永久性二次支護(hù)。 5 結(jié)束語 5.1 軟巖巷道支護(hù)問題是很復(fù)雜的,不能不分時(shí)間、不分地點(diǎn)、不分圍巖、不分深淺一樣看待,必須全面、系統(tǒng)地從多方面改善支護(hù)狀況。一是盡可能將服務(wù)年限長(zhǎng)的巷道布置在比較穩(wěn)定的圍巖中,應(yīng)盡量避免采動(dòng)壓力的影響;二是提高施工質(zhì)量,優(yōu)化施工工藝,盡量縮短掘與支之間的間隔時(shí)間,避免用水和濕氣通風(fēng),采用減震光面爆破快速施工;三是要全面考慮圍巖構(gòu)造的膨脹特性、抗壓強(qiáng)度、泊桑系數(shù)、賦存深度、采動(dòng)壓力等因素,合理選擇最經(jīng)濟(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。 5.2 對(duì)于強(qiáng)膨脹的軟巖巷道