新汶煤礦巷道支護方案分析

新汶煤礦巷道支護方案分析

0巷道圍巖支護在采煤和公路維護期間，存在許多問題，無法保證煤礦開采的連續(xù)性和平衡效果。目前，我國在煤礦深井開采巷道支護研究過程中獲得了一定成果，也進行了一定改進，深部開采期間依然存在較多問題，巷道圍巖存在嚴(yán)重變形問題，維護時間與運營成本較高。且開采期間若采用淺部支護方法，無法達(dá)到預(yù)期效果，降低了開采的安全性。且大多頂板移近由巷道底鼓引起。對此，應(yīng)有效研究深部開采過渡區(qū)巷道圍巖的變形情況，并采用合理的支護技術(shù)，以達(dá)到預(yù)期的控制效果。1在采煤深度開采的過渡帶，胡同的特點和形狀1.1巷道圍巖密度一是巖石變軟，受上層巖石重力的影響，深部巖層也會發(fā)生較大變化，巖石密度增大、變軟且容重增大，表現(xiàn)出不同的形態(tài)性質(zhì)，錨桿眼鉆進難度較大。二是巷道松動范圍不斷擴大，頂幫與兩幫之間的移近量較大。同時，煤礦深部過渡區(qū)圍巖層較易破碎，巖石軟化程度較高，松動范圍較大1.2垂直壓力下的底鼓一是頂板下沉，受上覆巖層壓力及破碎巖體重量的影響，巷道頂板會出現(xiàn)下沉問題。二是底膨，底板巖石硬度低，遇水后巖石強度降低，并在垂直壓力下出現(xiàn)底鼓問題。除此之外，底板巖石存在一定的膨脹性黏土，也會在遇水后導(dǎo)致底鼓問題。三是頂?shù)装逡平Ｋ氖巧蠋突蛳聨妥冃?，?dāng)兩幫巖石一幫較軟、一幫較硬時，則在壓力作用下便會出現(xiàn)變形問題。五是頂板下沉，在垂直壓力作用下較易發(fā)生。六是拱頂起尖，兩幫擠進。在壓力作用下，巷道較易出現(xiàn)拱頂巖石破碎問題，兩幫擠進。2在采煤和開采的過渡帶，胡同的保護原則和技術(shù)2.1巷道支護主要參數(shù)一是巷道支護時應(yīng)綜合高預(yù)應(yīng)力與強力錨桿，制定可行方案，保證支護延伸量與沖擊性，圍巖變形期間應(yīng)采用一次支護方案進行控制，避免巷道的二次維修。二是遵循預(yù)應(yīng)力擴散原則，通過預(yù)應(yīng)力綜合判斷錨桿采用被動或主動支護方法，當(dāng)預(yù)應(yīng)力較高時應(yīng)主動支護，充分發(fā)揮錨桿作用。三是遵循三高一低原則，保證巷道圍巖支護的高剛度、高強度及高可靠性，降低支護密度，保證維護效果。四是遵循剛度與臨界支護原則，錨桿支護期間存在支護剛度與強度因素，當(dāng)兩者無法達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)值時，巷道穩(wěn)定性較差。對此，錨桿支護時，支護系統(tǒng)剛度與強度數(shù)值超出標(biāo)準(zhǔn)。五是相互匹配原則，結(jié)合螺母及鋼帶參數(shù)指定支護系統(tǒng)，保證力學(xué)的匹配性，充分發(fā)揮錨桿支護效果。六是可操作性原則，以便提高井下施工速度，降低支護成本。七是組合支護原則，單一的支護方法無法滿足深部開采巷道的開采要求，應(yīng)聯(lián)合采用錨桿、錨索、鋼帶或錨桿、U型鋼等支護方式。2.2支出技術(shù)2.2.1圍巖承載力無法抵御高應(yīng)力煤礦深部過渡區(qū)埋深較大，存在較大的垂直應(yīng)力與和水平應(yīng)力，圍巖承載力無法抵消高應(yīng)力。為了進一步提高圍巖的承載力與整體性，開采人員應(yīng)采用注漿加固方法，將加固的巖體與錨桿有機結(jié)合，提高圍巖中錨桿的錨固力，使其可以適應(yīng)圍巖變形2.2.2支護錨固區(qū)錨索支護一是錨桿支護，通過錨桿避免圍巖裂隙形成，處理圍巖離層與滑動等問題，保證圍巖處于受壓狀態(tài)，杜絕圍巖彎曲與拉伸剪切破壞問題，承載主體為圍巖，有效保護錨固區(qū)，實現(xiàn)完整性。同時，錨固區(qū)承載強度與剛度也應(yīng)適當(dāng)增大，避免外巖層與錨固區(qū)離析，保證圍巖受力的合理性與穩(wěn)定性。二是錨索支護，連接錨桿支護承載結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖的穩(wěn)定性與可靠性，且在錨索中增加較大的預(yù)應(yīng)力，聯(lián)合錨桿形成骨架結(jié)構(gòu)，增大圍巖強度與壓力，保證圍巖結(jié)構(gòu)的主動支護，提高完整性。三是錨桿支護與錨索支護綜合使用，在壓縮圈內(nèi)固定長錨索與短錨桿，將錨索應(yīng)力傳遞至深部巖層中，保證圍巖周圍受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，發(fā)揮圍巖的承載力。3在采煤和公路維護技術(shù)的應(yīng)用中3.1支護方案確定新汶煤礦水平采區(qū)埋深大約為556m，穿過粉砂巖、砂質(zhì)泥巖以及砂質(zhì)頁巖，設(shè)置半圓拱形巷道斷面。根據(jù)煤礦開采實際情況，綜合錨網(wǎng)與噴漿方式，制定可行的支護方案，利用M25-22-2500型錨桿支護巷道頂部與兩幫間、排距設(shè)置為1m，保證每根130kN的錨固力，且全斷面設(shè)置金屬網(wǎng)，并噴射50mm砂漿。在深部應(yīng)力的作用下，巷道圍巖存在明顯軟巖特點，以致巷道圍巖持續(xù)變形，在支護數(shù)月后出現(xiàn)底鼓變形問題，原支護方案無法保證巷道的穩(wěn)定性。3.2頂板監(jiān)測結(jié)構(gòu)施工人員應(yīng)進行勘測分析，全面了解原支護方法下過渡區(qū)域中圍巖的實際支護情況，在支護巷道開挖后，將多點位移設(shè)置至頂板、兩幫及底板中，以保證巷道圍巖變形情況的實時監(jiān)測，實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測。將4個測點設(shè)置于頂板與兩幫部，將9個測點設(shè)置于底部結(jié)構(gòu)。實時監(jiān)測圍巖支護參數(shù)，受高應(yīng)力的影響，巷道在掘進后長時間存在變形問題，較為嚴(yán)重。其中變形最為嚴(yán)重的為巷道底板，在10～15天的掘進工作后，頂板與幫部圍巖變形速度開始放緩，掘進至60天后，巷道底板變形問題依然存在，出現(xiàn)對稱性的底鼓變形問題，中間變形量較大，呈現(xiàn)出三角形結(jié)構(gòu)。由此看出，若采用以往的支護方案，巷道圍巖無法保持穩(wěn)定性，發(fā)生持續(xù)變形問題，以往支護參數(shù)無法有效控制圍巖，底鼓變形無法得到緩解。3.3巷道底角錨桿支護方案研究企業(yè)及時監(jiān)測巷道變形情況，據(jù)此制定可行的支護方案，將錨索增加至頂部，將錨桿增加至底角，綜合注漿+錨噴網(wǎng)+錨索+底角錨桿，制定綜合性的支護方案。頂板增加錨索，間距設(shè)置為2m，排距設(shè)置為5m，拉斷截荷設(shè)定為353kN。且巷道底角錨桿選擇M25-22-2500型，在巷道底板打入。根據(jù)巷道的實際開采情況，工作人員開始分布施工，一是保證初始地應(yīng)力的平衡性；二是沿著巷道徑向開挖20m；三是模擬原支護方案；四是確定存在的支護問題進行計算改進，設(shè)計支護方法。利用計算機建立模型，適當(dāng)加密巷道圍巖10m范圍內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)量，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性工作人員及時監(jiān)測巷道變形數(shù)值，在頂部圍巖結(jié)構(gòu)使用預(yù)應(yīng)力錨索組合，將應(yīng)力傳遞至深部巖層，利用底角錨桿降低底板底鼓值與頂板沉降值。開采人員分析塑性分布范圍，將塑性區(qū)域與兩幫之間的距離縮小，消除拱肩塑性區(qū)域，利用此種支護方法，保證圍巖變形的良好控制，達(dá)到預(yù)期支護效果。3.4繪制巷道變形與時間關(guān)系為了測試了解新支護方式的實施效果，開采人員對巷道情況進行位移監(jiān)測，在2個月觀察后，記錄分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，將巷道變形情況與時間關(guān)系繪制為曲線。設(shè)置60天的觀測期，整個觀測過程中，兩幫移近距離為9.8m，底板移近量為20.9m，在監(jiān)測10～15天后，開始收斂巷道變形量，良好控制變形量與變形速度，保證了圍巖的支護效果。4采動覆巖錨噴支護煤礦深部開采過程中，在高應(yīng)力的作用下，過