矿井支护

关键词： 巷道 支护 矿井 施工

矿井支护（精选九篇）

矿井支护 篇1

矿井巷道的施工环境一般都比较复杂, 确保安全生产是施工的第一要务, 为此就要提高巷道支护的水平。在选择支护工艺的时候, 不仅要考虑支护技术本身的应用特点, 同时还要综合考虑施工的经济条件, 做到因地制宜、因时制宜, 则可以获得一定的经济效益。

1 支架支护技术的应用理论

矿井巷道的支护技术通常包括临时性支护与永久性支护两种, 永久性支护的工艺方式又包括锚杆网喷支护技术、混凝土砌碹支护技术、支架支护技术。支架支护中一般使用的刚性材料要求有较高的强度, 抗剪力强。

在一些深度较大的矿井巷道施工过程中, 采用钢筋混凝土的支架支护可以有效提高巷道周围岩层的稳定性, 减小受力变形的程度, 大大提高了矿井作业的安全。为了进一步增强支架的支撑作用, 在千米深的矿井巷道施工中也通常采用钢管混凝土支架与围岩注浆并用的施工方案, 这样可以最大限度地减少围岩的变形位移。

深度较大的矿井中经常遇到的施工问题主要包括围岩所在的地质环境条件比较恶劣, 与地面垂直的应力往往超过了20 MPa, 具有非常强烈的构造应力特点。同时巷道围岩本身的物理力学性能也随着地质环境的变化而改变, 岩层的风化程度远远超过深度较小的矿井巷道, 且岩层的流变性随着深度的增加越来越强, 遇到水非常容易软化, 造成矿井塌陷问题。深度较大的矿井工程在施工中会受到四周的压力, 受压变形持续的时间都比较长, 对围岩的稳定性就更加难以预测与控制。巷道支护的常规技术都不足以在深层矿井中应用, 因为支撑力度远远不够, 虽然随着科学技术的不断发展, 相关的支护技术也取得了很好的成就, 但是在实践中还需要综合运用各种支护手段, 加以重新整合利用, 制定出更符合实际需求的支护方案。钢筋混凝土支架支护本身具有良好的刚度承载能力, 在矿井巷道的支护中, 利用现场灌注方法来使用钢筋混凝土支架, 获得了良好的应用效果, 并且可以有效应对矿井下的频繁作业条件且维护的成本比较低。在使用钢筋混凝土支架支护的同时, 配以围岩注浆法起到深层的加固作用, 大大提高了深层的矿井巷道的施工水平, 也达到了现有资源的优化配置。

2 矿井巷道支架支护技术实践应用

在支架支护中, 采用钢管混凝土支架支护的承载力最大, 所以应用也比较普遍, 尤其应用在施工强度非常大的矿井巷道的施工中, 该技术的应用原则和技术要求主要体现在以下几个方面:

1) 要符合矿井巷道断面的具体情况, 并要充分考虑到支架支护强度的标准, 在设计的时候, 先要确保能够支撑住巷道整体, 然后再细致考虑优化支撑结构的问题。同时还要充分考虑到施工的经济条件, 在资金允许的情况下选择最为科学、高效的施工工艺, 并尽量简化施工的步骤, 让支架支护的工艺具有极大的可行性, 并且还能够保证施工的质量。在分析巷道总体的强度后, 计算出巷道断面的有效率, 在该项工程中使用钢管混凝土的支架支护工艺, 钢管的横截面设计为椭圆形, 尺寸为3.625 m×3.5 m。钢管混凝土的支架型号的选择也要和整体的施工需要相吻合, 基本支护使用的支架型号为194×8 (36.6 kg/m) , 另外再选择194×10 (45.5 kg/m) 的支架当作强化提高型的混凝土支架, 通过二者的比较来确定最为经济适用的支架结构, 以便最大限度地节约成本。

2) 根据矿井巷道的施工地形和岩层状况, 以及工程复杂程度和施工总量来确定支架支护结构方案。所采用的支架横截面形状为椭圆形, 尺寸为3 625 mm×3 500 mm, 总共分为四个部分, 每一段的连接采用套管法, 确保连接的紧密性和安全性。每个支架之间的距离控制在70 cm左右, 各个支架之间采用顶杆连接的方式, 具体的结构如图1所示。

混凝土材料的选择不仅要确保各种材质的质量, 同时要控制好每一种材料的配比, 根据施工强度的需求, 选择最为科学合理的设计参数。在该矿井巷道施工中, 混凝土的等级标准为C40, 选用的普通硅酸盐水泥的强度值为42.5 MPa, 混凝土材料中的粗骨料的粒径要控制在20 mm之内, 选择外形比较匀称的碎石, 在细料的选用上, 一般用河砂即可。为了提高混凝土的强度, 还需要使用早强减水剂, 以降低混凝土材料中的水分, 使水灰配比更加合理, 同时还要用到钢纤维外加剂, 以此来提高支架支护的强度。具体的用料参数如表1所示。

3) 要选择最为适宜的围岩注浆加固工艺和方案。通过围岩注浆的方式可以有效提高矿井巷道破碎围岩重新凝结为具有较高完整性结构的效率, 增强施工的安全性和稳定性。可以采用深浅交替注浆的方式来实行加固措施。先要选择注浆孔, 深浅交叉的排列方式可以提高注浆的效果和强度, 一般将浅孔的深度设定为2.0 m, 将深孔的深度设定为8.0 m, 每一排孔之间的距离控制在3.2 m左右, 深孔和浅孔的距离为1.6 m。通常在每一排设置7个注浆孔, 根据排列位置的不同有所差异, 一般顶板设置为3个注浆孔, 矿井巷道中的注浆孔要与顶板之间保持垂直的关系, 两角的注浆孔外摆15°的位置处, 两边各设定2个注浆孔。注浆的材料选择也要与工程的强度要求相配合, 使用水泥注浆时, 普通硅酸盐水泥强度设定为42.5 MPa, 水灰配比也要科学合理, 控制在1∶0.7为宜。注浆的过程中将浅孔两帮的压力控制在2 MPa, 顶板的压力要保持在3 MPa, 深孔的压力要比浅孔的压力大一些, 两帮的压力值要为4 MPa, 顶板的压力值为6 MPa。注意在施工的过程中控制好注浆的速度, 并依据需求及时调整浆液的凝固速度, 并对其渗透性和注浆压力进行有效的控制, 有效扩散的半径要在2.5 m以上, 以便达到预期的效果。

矿井巷道采用支架支护技术可以有效控制巷道围岩的稳定性和施工的安全性, 并且可以为施工人员以及技术人员提供更为良好的施工环境。钢筋混凝土的支护结构本身具有诸多使用的优势, 不仅施工的工艺比较简单, 且操作起来不用耗费太多的人力、物力, 为矿井巷道的施工节约了资源, 创造了更多的经济效益, 还解决了复杂巷道施工中的支护难题, 值得进一步推广。随着矿井巷道作业深度的不断加深, 该种支架支护方式将会得到更加广泛的应用, 这就需要在实践中不断总结经验, 加大科技力量的投入, 依靠实践与专业知识, 提高技术人员的研发能力, 研究出更为经济高效的使用方法, 使人力资源、财力资源得到充分的利用, 同时也为增强自主核心创新能力奠定良好的实践基础。

3 结语

支架支护技术在矿井巷道中发挥着重要的作用, 它一方面可以起到临时的支撑功能, 同时还可以有效提高施工的安全性, 为此要根据施工的实际需要采取最为有效的施工工艺, 才能取得预期的效果。

摘要：支架支护技术在矿井巷道支护施工中有着重要的作用, 不仅可以给施工人员营造一个安全的施工环境, 还可以有效提高巷道围岩的稳定性, 确保工程的施工质量。文章主要论述了矿井巷道支护中的支架支护技术, 以期能够为实践提供理论参考。

关键词：矿井巷道,支护,支架支护,技术应用

参考文献

[1]徐优秋.巷道支护中的金属支架与支护技术分析[J].门窗, 2013 (9) :20.

[2]王琦.深部厚顶煤巷道围岩破坏控制机理及新型支护系统对比研究[D].山东:山东大学, 2012.

矿井高地压巷道支护形式改革 篇2

【关键词】巷道变形;锚网喷;巷道注浆

1.矿井工程概况

1.1煤层

矿井含煤地层为石炭系下统万寿组，主要开采煤层C5、C3两层，煤种为无烟煤，目前开采C5煤层，倾角10-13，平均厚度约1.7m。

1.2顶底板岩性

万寿山组地层主要由灰黑色、深灰色薄～中厚层状泥质粉砂岩、砂质泥岩、菱铁质粉砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩及煤组成。地层厚度97-148m，平均厚130m。C5煤层直接顶板和底板都为泥岩，底板泥岩之下为一层厚0.5m左右的粉砂岩或菱铁质砂岩，较硬。其余基本为黑色泥岩、含炭质泥岩或菱铁质泥岩，岩性单一。

1.3煤层埋藏深度

现开采C5煤层底板标高+800-+700米，地面标高+1460米，煤层埋藏深度最大760米。地面为洛泽河切割，河谷最低点+860米，两岸皆为陡峭的悬崖。

1.4原巷道掘进与支护工艺

井下巷道采用钻爆法沿煤层底板掘进，部分破顶，梯形断面， 11#矿用工字钢加工的金属梯形支架支护，支架密度3-4架/m，支架间用细圆木料背顶背帮。

1.5原支护形式存在的问题

掘进工作面的工字钢棚支护强度不能满足要求，巷道断面缩小量大，大约半年左右就要返修一次。

2.巷道破坏的主要原因分析

2.1围岩强度低

主要巷道沿C5层煤掘进，顶板为泥页岩，f=3-4,直按顶f＜3,自身强度低，胶结性差，容易沿层理风化剥落。

2.2风化膨胀性矿物成分高

经测试化验分析，C5层煤顶板岩石的矿物成份中，伊利石占61.8%，高岭石占16.1%。这些矿物成份极易风化，且有一定的膨胀性，是造成巷道破坏的一个客观原因。

C5层煤的直接底板虽有300-400mm厚硬岩，但老底岩石中高岭石占9.9%，见表2。这些岩石遇水膨胀、泥化，容易引起底臌。

2.3支护结构形式不适应

对于这种软岩应尽量采用拱形断面巷道，强化围岩的自身主动支护作用，以保持巷道围岩的完整性。而该矿巷道原支护形式采用梯形、多边形及木材、强度较低的砼砌块等；即使工字钢棚背板为木材，多为空帮、空顶，支撑力极弱，这是造成巷道破坏，多次返修仍难稳定的重要原因。

3.巷道支护方案与技术参数

3.1方案分析

初步认为：半圆拱形断面受力条件相对梯形断面要好，锚网、锚网索、锚网喷等主动支护强度高，能够抵抗较大地压，且易于留出让压空间，保证巷道变形后仍能满足使用要求。

因此，根据围岩特征和变形破坏的程度，对围岩松动破坏严重的地段可采用“喷射砼+锚网带注”支护结构形式；对围岩较完整，松动变形较小的地段可采用“锚网带”支护，表面风化严重时要先喷射砼。施工时根据现场实际情况从两种方案中选取一种方案实施。

总体工艺为：撤棚-修复岩面—喷砼—钻装锚杆并挂网、带—注浆—加固底板。

3.2主要运输下山支护方案

主要运输下山设计巷道为直墙切圆拱形断面，净宽3.6m，净高3.0m，其中墙高1.8m，拱高1.2m。

3.2.1喷射砼锚网带注方案

（1）锚杆

选用HLX50-27/32L专用中空螺旋注浆锚杆，长1800mm，矩形布置，间排距800mm，见图1。

（2）喷射砼

巷道掘进达到规定断面后先喷射50mm厚C20砼，然后再钻注浆锚杆孔。

（3）钢筋带

选用￠12圆钢制作内波纹式环形钢筋锚带，加工图见图2。

图1 井底车场巷道喷射砼锚网带注支护

注：1-螺旋注浆锚杆；2-锚网；3-锚带；4-喷射砼

图2 钢筋带加工图

注：短筋L=64mm；环形钢筋及波形钢筋由一根钢筋加工

（4）钢筋网

选用￠6mm 钢筋焊接网，网格100×100mm，网片规格900×1800mm，钢筋网压茬大于100mm。

（5）注浆泵

选用QB152型便携式注浆泵及配套设施。

（6）施工工艺顺序

开挖形成巷道荒断面—喷射50mm厚砼—钻锚杆孔—安装锚杆—掛网、压带上托盘—固定螺母—注浆加固—注浆7天后拧紧螺母至20KN预紧力—特殊情况需要时再喷射30-50mm厚砼。

3.2.2树脂锚杆与锚网带方案

（1）锚杆

选用￠18×1800mm全螺纹钢筋树脂锚杆，间排距800mm，见图3。选用150×150×6mm的拱形托盘；每根锚杆用1块Φ25×500mm的树脂锚固剂，单根锚杆预紧力为30KN。

图3 井底车场巷道树脂锚杆与锚带网支护

注：1-螺纹钢树脂锚杆；2-锚网；3-锚带；4-喷射砼

（2）喷射砼

当巷道松碎，难以成孔时，可先喷射50mm厚C20砼，再钻锚杆孔。

（3）钢筋带、锚网

技术参数与上述方案相同。

4.注浆锚杆加固技术

4.1锚注技术

如果围岩条件好，变形量<30mm，则可不一定加注浆锚杆，直接二次支护；若岩层松软破碎，变形量>30mm，即要采用锚注加固。

4.1.1锚注设备及材料

（1）注浆泵：选用QB152型便携式注浆泵。

（2）注浆浆液：采用水泥单浆液，即强度等级为52.5普通硅酸盐水泥，W/C=0.4-0.5，并添加占水泥重量的1%-2%的高效复合早强高效减水剂，以提高浆液的流动性和易性。

（3）注浆锚杆：选用MLX50-27/32Z中空螺旋注浆锚杆，长2m。

4.1.2注浆锚杆布置

所有锚网喷巷道的两墙底角，一定要从设计底板开始下挖100mm，清底后进行补喷混凝土至设计厚度，然后再打注浆锚杆。

注浆锚杆间排距为800mm，先加固两帮底角，在两角底板以上400mm左右开眼，向下方向打锚注孔，将两底角锚注后，再从两帮底排锚杆以上800mm处开始对称布置钻孔及注浆，其他帮、顶的锚注孔垂直于岩面。

4.1.3注浆参数

（1）注浆量

在正常情况下，每孔注入水泥量50～100kg左右；当注入水泥超过300kg，注浆压力仍未达到最大注浆终压时，可暂停注浆；待2小时后再复注。若复注时注入水泥量达500kg左右，注浆压力仍未达到注浆终压时，要检查是否有漏浆现象，暂停或换孔注浆。

（2）注浆压力

初始压力从零开始要缓慢升压，一般控制在0.5MPa左右，正常情况下不超过1MPa，只要进浆不宜升压太快，最大终压力为2MPa，这样可控注浆范围在2～3m左右，有利于保证注浆加固效果。

4.1.4注浆顺序与工艺

（1）断面注浆顺序

先注两帮底角，再注两帮，最后注拱部，从下往上对称依次进行，有条件时可用两台注浆泵同时对称注浆。

（2）纵向注浆顺序

在巷道纵向上采取隔排注浆方式，按先单后双的间隔复注。

（3）单孔注浆顺序

①钻注浆孔→②压风扫孔→③旋装注浆锚杆→④安装球形阀→⑤接通注浆管→⑥开注浆泵注满达到终压时停注→⑦30分钟后卸下球形阀。

4.2对底臌的防治

防治底臌的重点是加固底板或应力转移，其次是卸压，以及综合的方法治理底臌。

为防治底臌，对所有巷道的两帮在底板水平以上向下扎钻装底角锚杆，以转移应力，防止底臌产生。

对已经发生底臌的地段，先进行卧底，在底板铺设100mm厚C20砼作止浆层，然后进行锚注，根据岩层揭露情况；对底臌特别严重的地段，采取专项反底拱技术设计措施。

巷道两帮底角喷射砼一定要超过底板水平以下100mm，要先清出两角底沟，然后在打底角锚杆，再由下而上喷射砼。

5.实施效果分析

5.1效果

对井底车场主要运输下山采取上述方案实施以后，开拓巷道锚网喷后前三天，顶板下沉量达到了180mm，按设计进行巷道壁后注浆后，下沉量明显减少，一个月后基本稳定，重点区域采取的锚网带方案也达到了应有的效果。巷道整体变形量基本达到了预期目标，180天后观测，没有大范围巷道破坏现象。

5.2问题与改进

矿井顶板支护技术 篇3

关键词：矿井,顶板支护,软岩巷道,措施

华晋焦煤有限责任公司沙曲矿顶板组成主要由灰色和深灰色的细砂岩石、粉砂岩砂质泥岩和泥岩构成, 这些岩体较容易破损, 发育方式为节理发育, 其整体结构强度较低。由于开采深度的不断加大, 深部软岩巷道的支护工作对施工过程中的施工进度、施工安全以及经济效益有着重要的影响, 因此, 对软岩巷道的力学特征进行探讨工作, 同时对软岩巷道掘进中的顶板控制措施加强方法的研究是当今矿井生产领域中较为重要的课题之一。

1 在软岩层矿井顶板支护中常见的问题

(1) 围岩变形幅度较大, 支护遭到严重损害。在杨家矿井的正1460m水平方向的北五开采区域中的主斜井与北四开采区域中的回风石门由于处在煤系地层内, 在巷道进行掘进工作过程中, 围岩因受到较大的挤压力, 导致本身出现较大幅度的变形, 加之, 岩石中还含有大量的遇水膨胀物质成分, 由于受到潮湿环境的影响, 形成了较大的膨胀力, 从而使支护结构受到严重的破坏, 目前在第五开采区域的矿井中已经有40%的修复率, 北四开采区域回风石门的修复率已经达到60%。

(2) 围岩稳定性较弱。由于杨家村矿井处于软围岩地带, 其围岩稳定性较低, 导致围岩极易出现稳定性失调现象, 同时造成巷道的支护工作难以进行, 并出现坍塌等安全隐患, 直接影响井下运输与通风状况, 威胁到行人的人身安全。针对围岩变形幅度大, 巷道的支护遭到严重破坏等现象, 已经采用了相应的锚网、金属支架、至强版员工以及墙抬梁等对其支护结构进行加强, 这一措施在围岩结构较稳定, 地压力较小的地段中得到了不错的效果, 然而在低压力较大、围岩结构不稳定的地段中却没有那样的效果, 同时还存在着经历了反复修复工作与加强支护工作后仍然未能从根本上解决巷道变形的问题。

(3) 顶板碎片坠落伤人。在软围岩地段由于围岩结构强度较低, 并存在着节理发育与层理发育现象, 致使在爆破后十分容易造成片帮现象与冒顶现象的出现, 给安全生产带来了不良影响与制约。

2 影响矿井顶板支护的主要因素

(1) 对原岩地应力状态的影响。在巷道密度较高的地带, 对一条向导进行施工的过程中已经对围岩的地应力平衡状态造成了一定的破坏, 若此时再对另一条巷道进行开采, 会直接造成多个掘进工作面互相之间造成应力的叠加破坏。

(2) 三维应力效应。由于矿井所处的不同煤田地质应力位置, 因此, 矿井的主应力方向也有所变化, 然而地应力的受力方向还与巷道的布置方向有着密不可分的联系, 因而垂直于主应力方向的巷道往往会受到较为严重的破坏, 巷道的损坏也是较高的, 与此相比, 平行于主应力方向的巷道受到的破坏往往会小很多, 其损坏率也会比垂直于主应力方向的巷道小很多。

(3) 水浸影响。由于软围岩的结构较不稳定, 尤其与水分反应较为强烈, 浸水性较强, 因此, 水对软围岩会造成较大影响。例如:页岩、砂质泥岩和泥岩在遇水后极容易产生膨胀、碎裂等反应, 尤其在岩层浸泡水的一天或两天之后, 不但会使其自身强度大量丧失, 还会发生膨胀现象, 因此, 水浸作用会对于软岩造成严重的破坏。

(4) 风干作用。在对软弱岩层进行向导开挖过程中, 应及时对围岩进行封闭工作若封闭的不够及时会直接导致围岩产生风干现象, 经历风干后的围岩若再次吸水, 则膨胀速度将更快。

(5) 爆破方法不当。在巷口开挖过程中如果能够尽力保持软围岩层的原始沉寂状态, 将十分有利于巷道的支护。以往大多采用传统的爆破方法来对巷道进行掘进, 采取炮眼少、火药集中的爆破方式往往容易造成巷道周围形成破碎的区域, 从而扩大了软围岩的活动范围, 导致巷道变形幅度与速度有所加快, 直接造成巷道的严重损坏。

(6) 开采深度对矿井顶板支护的影响。在煤田开采过程中, 深度较小的矿井一般不会出现较严重的支护问题, 然而随着矿井开采深度的不断增加, 使支护问题渐渐显漏出来, 并成为矿井开采过程中的重要难题。

3 矿井顶板支护应采取的控制措施

(1) 增加顶板的承重能力。在矿井掘进过程中, 无论采取哪种支护方法, 都应该尽量的采取光面爆破方法来对巷道进行掘进, 同时采用锚喷方式进行支护工作, 从而尽可能的保证围岩的完整与稳定性, 从而减少上覆岩层的松弛压力对围岩应力状态的影响, 这样能够使围岩顶板本身的承重力得到调动, 实现围岩体与支护体之间形成共同承载模式。

(2) 加强防风干与防水浸工作。在巷道掘进过程中经常出现由于封闭不够及时而导致的围岩浸水造成的威严变形, 因此为保证巷道的稳定性, 应在想到掘进过程中及时的对围岩进行封闭, 防止其出现风干与浸水现象, 应在锚喷支护之前对围岩采取喷浆封闭措施。

(3) 对围岩的让、释压与支架强度之间的协调作用加以重视。经过相关实践证明:在软岩矿井掘进过程中, 用钢支架来承载巷道围岩的变形压力是不成功和不科学的, 并浪费资金。因此要对围岩的让压和释压与支架强度之间的协调性加以重视, 以保证对巷道良好的支护。

(4) 大力推广新奥施工法。所谓新奥施工技术的本质在于强调检测和做好信息反馈工作, 并对设计和措施进行不断改进。这样一来既能够提高围岩的抗压能力还能在一定程度上提高支护强度。

4 结语

总之, 矿井的顶板支护工作是煤矿开发过程中十分重要的环节之一, 因此要实现安全生产就必须做好矿井的顶板支护工作, 当然, 这项工作还需要施工人员的共同努力, 来对其进行深一步的探索与创新。

参考文献

[1]徐尤松, 宛礼平.对软岩矿井巷道掘进顶板支护的探索[J].矿业安全与环保, 2009 (8) .

[2]刘文江, 毕和德, 李士栋, 等.赵楼矿井泥化顶板岩层支护加固技术[J].矿山建设工程技术新进展, 2008 (4) .

[3]张向东, 等.锚杆支护配套技术设计与施工[M].北京中国计划出版社, 2003.

矿井支护 篇4

【摘 要】当煤矿进入深部开采后，尤其是在断层破碎带，围岩的稳定性较差，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。文章介绍了软岩的工程特性及影响断层带煤巷围岩破碎的因素，提出了采用“锚、网、喷、索”联合支护控制断层带煤巷围岩控制技术，取得了较好的效果。

【关键词】深部开采；软岩；断层；破碎带；联合支护

在煤矿开采中，当煤矿进入深部开采后，一般会遇见地质构造复杂，地应力变大的情况，此时巷道变形严重，尤其是在断层破碎带，围岩的稳定性较差，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。其围石性质表现出软岩的巷道围岩性质，所以煤炭生产建设形势迫切要求对深部开采软岩巷道问题进行深入研究。这要解决这一难题，就需要在厚煤层深部开采巷道断层破碎带掘进时，采用特殊的支护工艺。

1.软岩的工程特性

1.1软岩的力学属性

软岩中泥质矿物成分和结构面决定了软岩的力学特性。显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。软岩的膨胀性质是在物理、化学、力学等因素的作用下，产生体积变化的现象，其膨胀机理有：内部膨胀、外部膨胀和应力扩容膨胀三种。工程中的软岩膨胀为复合膨胀形式。

1.2软岩的临界载荷

随着应力水平的提高，特别是围压的增大，岩石产生的塑性变形明显增加，使得在低应力水平下表现为硬岩特性的岩石，在提高了应力水平下显示出显著的塑性变形。

1.3软岩的临界深度

与软化临界荷载相对应，岩石亦存在着一个软化临界深度。对给定矿区，软化临界深度也是一个客观量。当地下工程埋深大于软化临界深度时，围岩出现大变形，大地压和难支护现象；当地下工程埋深小于该临界深度时，则围岩的大变形，大地压现象消失，巷道支护容易。

2.影响断层破碎带煤巷围岩破碎的因素

断层附近煤岩体一般较为破碎，再加上巷道开挖后围岩应力状态恶化，围岩变得更为破碎而呈现峰后力学特性。断层附近围岩应力高、围岩的峰后力学特征是围岩变形破坏的重要原因。

2.1围岩应力高

巷道埋藏深度较大，因此巷道顶板所承受应力较高，加之断层带构造应力的影响，巷道开挖后，破碎围岩易于发生进一步破坏。

2.2岩性发生变化

由于岩层的非均质性，部分区域顶板岩性可能发生变化。软岩具有可塑性、肿胀性、崩解性、流变性和易拢动性等特点，仅采用工字钢无法达到支护要求，需要进行联合支护。

2.3应变软化特性

岩石峰值应力后仍具有一定的承载能力，而这一承载能力随着应变的增大而逐渐减小，表现出明显的应变软化现象。如果不加以控制，随着变形的增大，承载能力的降低，破碎煤岩体将进入摩擦阶段，最终导致煤岩体的破坏而片帮或冒顶。

3.支护机理

采用高强度、高预紧力锚杆控制围岩的变形，辅助锚索及钢筋网加强支护，进一步减小锚固区外围岩的变形和离层，并起到对浅部松散围岩的悬拉作用。

3.1支护机理

锚、网、喷、索联合支护是以锚索为主要构件，与钢带、钢筋网等辅助构件共同形成的支护体，其主要的作用支护机理有以下几点：

采用锚索、钢带形成高强度、大收缩性的支护承载圈，即组合加固拱；由于巷道直接顶板内砂质泥岩较薄、构造产状复杂等因素，普通锚杆无法将复合顶板下的软岩全纳入锚杆锚固范围内，难以保证该巷道支护的可靠性。因此必须在普通的锚梁网支护的基础上采用锚索支护，即通过锚索的悬吊作用在深部稳定坚硬的岩层中，与组合梁一起形成一个厚度加大、抗弯强度和刚度提高的新的组合梁结构；采用锚杆支护，可以减少围岩浅部的扩容变形能力，在高应力的作用下扩容变形是不可能完全阻止，通过锚杆、锚索支护可以有效的加固锚固范围的围岩体，可大大减少扩容变形量；采用钢带、钢筋网提高了围岩面的抗拉变形通力，控制围岩的变形量，同时通过钢带形成一个有机的支护体，而不是锚杆、索的独立作用，从而提高了整体支护能力；锚杆、索外端部采用预应力锚盘和钢垫板，提高了抗变形能力，在高应力或采地动压力的作用下通过预应力锚盘提高构件的刚度，减少振动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的强度，使原本的抗性更强。

3.2支护工艺要求

布置顶板锚杆孔时，按设计要求布置锚杆排距和孔深，锚杆要尽量垂直岩层赋存方向，要保证顶板两侧和两帮上下部位的锚杆孔的倾角和孔深，安装锚杆时用锚杆将药卷送至孔底搅拌，保证锚固长度和锚固效果。若遇围岩松软、破碎，则在钻进达到设计深度后稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4Mpa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以利将药卷顺利送入孔底。

钢筋网要对称铺设，保证钢筋网两端紧帖岩壁面，两帮网下垂长度均在350mm左右，然后再沿巷道的横向安装钢带，用锚杆托盘和螺母将钢筋网和钢带压住，施加一定的预应力。网与网之间搭配100mm处用锚杆压茬，提高支护的整体性。

在断层的上、下盘分别布置一定数量的锚索、锚杆，最后用钢筋网、钢带、11#工字钢加工成的锚索梁，分别将断层上、下断的的锚索、锚杆连接，形成一个整体。在中部空隙部分先选用枕木、排柴、楠竹跳板等进充填，最后全断层喷浆封闭。

喷浆：在爆破后清理活矸危石，按照中、腰线检查巷道断面规程后及时初喷50mm厚混凝土，然后安设好临时支护。最后待锚网支护到位后再复喷直至将锚网完全封闭。

4.效果分析

4.1围岩应力得到有效控制

通过观测，在施工过程中不受采动影响的情况下顶板离层、两帮收敛基本不大于50mm。60天基本达到稳定性，其中两帮最大收敛值15mm，顶底板最大下沉量为8mm。

4.2经济社会效益明显

若采用11#工字钢架棚支护，每米支护成本（材料费、人工费）为2091元，由于受压二次备棚支护部分占总工程量30%左右，每米二次支护成本为627.3元，合计每米巷道支护总成本为2718.3元。现采用锚网索喷索支护后，每米支护成本为410元，可直接节约支护成本2308.3元/米。更为可观的是每米巷道多出煤25吨，37m巷道计925吨，获得煤效约37万元。

采用棚式支架，支护材料运输量大，架设难度大，工人劳动强度大；采用锚喷索联合支护后，使巷道一次支护成功，施工工艺简单，大大降低了工人的劳动强度。同时，工期提前，缓解采煤工作面接替紧张的局面。减少了巷道的维修量，避免维修巷道时带来的安全问题。避免了回采时回收11#工字钢架棚时的不安全因素，确保了安全。

【参考文献】

[1]张向东，张虎伟，阮剑剑.软岩巷道锚网索联合支护设计及支护效果分析[J].中国地质灾害与防治学报，2011.03.

[2]谷满，姜光.深井软岩巷道顶板围岩稳定性控制技术[J].煤炭工程，2011.09.

[3]张成银，杜昌要.深埋高应力软岩掘进巷道支护技术研究[J].煤炭科技，2008.02.

深部矿井巷道锚杆支护措施研究 篇5

深部矿井重力引起的垂直应力明显增大, 构造应力场复杂, 地应力高;在高地应力作用下, 开采扰动影响强烈, 围岩破坏严重。由于深部巷道具有高地应力环境和煤岩体变形的特征, 这就决定了会遇到一系列的灾害, 如冲击矿压、瓦斯爆炸、煤岩与瓦斯突出、矿井突水、巷道围岩大变形等灾害的发生, 给深部矿井的安全与高效的开采带来巨大的影响。

深部高地应力巷道等复杂困难条件下, 锚杆支护出现了一系列问题。同时, 由于锚杆、锚索强度和刚度偏低, 导致单位面积上锚杆、锚索数多, 间排距小, 支护密度大, 严重影响巷道掘进速度, 造成采掘接续紧张。强力锚杆支护有效控制了深部巷道围岩变形, 如表1所示。

2 深部巷道锚杆支护设计

锚杆的强度直接影响其锚固范围内围岩强度的强化和锚杆对巷道围岩的支护阻力, 从而影响锚杆群作用范围内围岩的承载能力和锚杆的支护效果。

(1) 一次支护原则:锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形, 避免二次或多次支护, 以及巷道维修。巷道围岩一旦揭露, 应立即进行锚杆支护, 此时的效果最佳。

(2) 高预应力和预应力扩散原则:锚杆支护中的关键因素是预应力, 也是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的重要参数, 而真正的主动支护是高预应力的锚杆支护, 才能充分发挥锚杆支护的作用。

(3) 互相匹配原则:锚杆有很多构件, 其中包括螺母、托板、钢带等的参数要与力学性能相互匹配。

3 巷道支护优化数值分析

由于巷道开挖时, 巷道周边的二次应力会发生重新分布, 加之上部回采的固定支承压力等动压和留设边界煤柱等的影响。巷道计算模型的几何关系见图1, 模型下边界采用约束位移的位移边界条件, 模型的左右边界均约束又方向位移, 并施加水平应力。

为研究不同支护形式深部开拓巷道的稳定性、收敛位移和变形破坏规律。开拓巷道围岩不同支护模型的参数见表2。

4 巷道支护的措施

当采面遇到断层面的倾向与煤层倾向相同时, 既是正断层时, 最容易冒顶的区域是在其下盘时, 这种情况时, 最好的处理措施为挑上盘的顶板, 破下盘的底板, 坚固其不易冒顶区的顶板, 如图2所示。

具体措施如下:

(1) 在处理断层时, 要少装药、放小炮、打浅跟、打稠眼。

(2) 在处理断层时, 必须加强支护的质量, 并用斜撑柱支好断层面。

(3) 当断层带顶板破碎时, 支柱要带大帽或用板梁加棚支护;推移运输机时要打好替柱。

(4) 在断层带工作, 工人经常敲帮问顶, 找掉悬矸危岩。

5 结论

由于深井巷道围岩应力大, 围岩破坏严重, 这就加大了支护的困难, 因此, 采用大直径、高强度、树脂锚杆能有效的增加锚杆的锚固力, 可以有效地改善围岩的力学性能, 从而维护好巷道。当今地下工程中最为复杂的难题之一, 即为维护深部巷道围岩稳定性。深部巷道围岩的稳定性会严重制约着深部矿井开采安全生产, 也会阻碍着深部开采的可持续发展。因此, 对深部巷道围岩进行锚杆支护优化设计是势在必行的, 也是矿业发展的重中之重。

摘要：我国煤炭储量大部分埋藏在深部, 由于开采深度的加大, 岩体应力急剧增加, 地温升高, 巷道围岩破碎严重, 塑性区、破碎区范围很大, 蠕变严重。随着采深的不断增加, 刚柔层桁架支护技术有广阔的应用前景。

关键词：深部巷道,围岩,锚杆支护技术

参考文献

[1]王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报, 2007, 32 (2) :113-1181.

[2]康红普, 姜铁明, 高富强.预应力在锚杆支护中的作用[J].煤炭学报, 2007, 32 (7) :673-678.

[3]范明建.锚杆预应力与巷道支护效果的关系研究[D].北京:煤炭科学研究总院, 2007.

锚索加强支护在矿井中运用 篇6

1 地质条件

渝阳煤矿为煤与瓦斯突出矿井, 地质条件较复杂, 开采煤系地层为二叠系龙煤组, 其可采煤层为6#、7#、8#、11#煤层, 6#、7#、11#薄煤层均为局部可采煤层, 8#煤层为中厚煤层, 为全矿井主采煤层, 全矿井可采。矿井7#、8#煤层均为煤与瓦斯突出煤层, 其中8#为强突出煤层, 建矿以来矿井主要选择6#、7#煤层作为上保护层开采。井田煤层为近水平煤层, 区域开拓主要依据上山斜坡进入煤层。渝阳煤矿井田范围内煤层直接顶部多为砂质泥岩, 泥岩, 在煤层顶部3~5米位置有一层相对较稳定的岩层。

2 锚索支护的试应用

2004年锚索支护首次在煤电公司的打通一矿进行推广应有用, 我矿在N2705运输巷掘进过程中一段采用锚网支护, 在该段掘进时顶板较破碎, 矿井工程技术人员提出了采用锚索加强支护的方案。于2004年在N2705运输巷进行试应用, 取得了较为理想的效果。

3 锚索支护的基本原理及参数设计

3.1 锚索支护原理

锚索的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中。但在断层构造带附近、巷道变形比较大的区域, 锚索通过锚固段与锚索托板之间的作用对巷道上方不稳定岩层起到挤压加固作用, 这种作用也很重要, 是对悬吊作用一个有力的补充。如果锚索仅仅起到悬吊作用, 悬吊的重量一般都很大, 将是很危险的, 因此确保有足够的预应力是锚索支护的一个关键问题。

3.2 锚索支护参数设计

3.2.1 锚索长度确定

锚索长度按下式确定:L=k Lp+L1+L2 (1)

式中L—锚索长度, m。

k—安全系数 (2~3) 。

Lp—围岩松动厚度, 1.5~2.5m。

L1—锚入松动岩层以外的厚度, 我矿井设计时一般采用不小于1.5m。

L2—外露长度, 300m m。

根据矿井岩层的赋存情况, 我矿锚索设计长度选择在4.5~6m之间。

3.2.2 锚索间排距确定

锚索间排距和长度一般宜满足:锚索间排距为B≤L/2 (2)

式中:B———为锚索间排距, m;

L———为锚索长度, m;

在施工过程中根据实际需求, 锚索间排距均选在1.5~2m之间。

3.2.3 锚索材料选择

锚索材料采用目前广泛使用的7股直径为15.24mm的高强度钢绞线, 配套的锁具和托盘。每根锚索使用4条树脂锚固剂, 其中顶部两条锚固剂采用ZK2835型, 下部两条采用CK2835型。

4 锚索施工

4.1 锚索施工

打锚索眼→安装钢绞线→上金属垫板→上锁头、张拉。

锚索眼施工:采用MQT-130型风动锚杆、锚索钻机配合φ19mm的钻杆、φ32合金钻头施工锚索眼及锚索搅拌。

金属垫板:施工时每根锚索使用两块金属垫板, 上大 (长×宽×厚=300mm×300mm×12mm) 下小 (长×宽×厚=100mm×100m m×8m m) 配合使用锚索张拉机具:MDY-180型锚索张拉机。

4.2 锚索施工要求

1) 锚索的搅拌:锚索采用MQT-130气动锚索机带动锚固剂进行搅拌, 锚索搅拌时间不得小于30秒。2) 上金属垫板:在锚索搅拌好后, 上好两块金属垫板, 上大下小, 不得上反。3) 张拉锚索:在锚索搅拌结束10~15分钟后采用锚索张拉机上好锚具进行锚索的张拉工作, 锚索的预应力控制在80KN, 锚索外露长度不得超过300mm。

5 锚索支护推广应用效果

5.1 上山煤层段加强支护

渝阳煤矿属于近水平煤层, 经常遇到穿层上山施工, 需穿过8#煤层、7#煤层, 未推广锚索支护前采用发碹支护或者架棚支护较多, 发碹支护、架棚支护工艺复杂, 进度缓慢。采用单一的锚网支护安全可靠性差, 后遗症较多。目前矿井上山在过煤层段时先采用锚网支护, 随后及时采用锚索支护保证了安全施工, 同时进度也能有效的保证。渝阳煤矿北三区集中材料上山、北三区人行上山锚索支护揭煤得到很好的验证。

5.2 锚网岔口加强支护

巷道岔口跨度较大, 采用普通的锚网支护当期能有效的控制顶板, 但由于时间的推移顶板离层给支护带来严重考验, 近年来许多锚网岔口因离层大面积跨塌险些造成事故, 给安全带来威胁, 同时锚网岔口处理难度大。N21102轨道巷岔口因离层不得重新采用架料支护。在采用锚索对锚网岔口加强支护后, 岔口变形小, 一次施工后能保证不对岔口进行二次处理, 从目前我矿锚网岔口完好性来看均十分良好。

5.3 大断面煤系地层加强支护

在服务年限较长的煤系地层采用锚索加强支护, 锚索随碛头施工, 在围岩未受到影响前及时对顶板进行二次支护能有效的防止顶板变形及下沉。北三区7#轨道巷及北三区集中回风巷采用锚索加强支护均取得了较明显的效果。

5.4 临近采空区轨道巷加固支护

N2703工作面回采后期, 由于工作面距轨道巷仅40米左右, 该巷道严重变形, 为保证工作面能正常回撤, 对该轨道巷投入了大量的人力、财力进行维护, 最终在该工作面回采结束后对该段进行封闭。在N2705工作回采后期, 为吸取以往的经验教训, 采用锚索加强支护有效的防止采动对轨道巷影响, 现N2705工作面已回采结束, 但轨道巷变形均在控制范围内。

6 结语

矿井支护中的锚杆种类分析 篇7

关键词：锚杆支护,形式,布置,施工

锚杆种类繁多, 按锚固方式可分为黏结式、机械式、摩擦式三类;按锚固长度可分为全长锚固、端部锚固、加长锚固三类。本文将锚杆分为普通圆钢黏结式锚杆、可拉伸锚杆、高强度和超高强度锚杆、管缝式锚杆、可切割锚杆和可回收锚杆、组合锚杆进行探讨。

1 普通圆钢黏结式锚杆

普通圆钢 (Q235钢材) 黏结式锚杆是目前应用较为广泛的锚杆型式, 按黏结剂不同, 可分为树脂药卷锚固和水泥药卷锚固, 其锚固方式主要为端头锚固。

树脂药卷锚固锚杆由树脂胶囊、杆体、托盘和螺母等组成, 为保证树脂与锚头的锚固强度, 根据所需要的锚固长度将锚固端拧成反麻花状, 并设置挡圈, 以防止树脂锚固剂由孔内流出而影响锚固强度。

树脂药卷锚固锚杆具有适用范围广等优点, 锚杆的锚固力主荽由锚杆的直径、材质确定, 与高强度锚杆相比, 锚杆的锚固力较低。

水泥药卷锚固锚杆由快硬水泥卷、杆体、托盘和螺母等组成。圆钢水泥锚杆的锚头形式主要有端部弯曲式、小麻花式、普通麻花式和端盘式。锚头最大宽度比钻孔直径小4mm~10mm。

钢水泥锚杆可实现端头锚固和全长锚固, 该锚杆具有适应性较好, 锚固迅速、可施加预紧力等特点。但是各种快硬水泥药卷的水泥水化操作比较困难, 在水中浸泡时间短, 水化不够。或浸泡时间长而超过终凝时间, 药卷的黏结性能会受到影响, 甚至造成水泥药卷在送入锚孔的中途受阻而无法推进, 使锚孔报废, 使这类锚杆支护的可靠性受到限制, 因此, 应尽量不采用水泥药卷锚固锚杆。

2 可拉伸锚杆

可拉伸锚杆按其基本原理可分为锚杆杆体可延伸和锚杆结构元件滑动可延伸两大类。

1) 杆体可延伸锚杆。杆体可延伸锚杆的工作阻力是由杆体材质的力学特性决定的, 锚杆的延伸量则是依靠杆体材质较大的延伸率提供的。

2) 结构元件滑动可延伸锚杆。结构元件滑动可延伸锚杆的典型型式有滑动摩擦式、结构剪切滑动式、结构挤压滑动式。使杆体能够滑动的结构元件可设置在锚孔内, 也可设置在孔口。套筒摩擦式可延伸锚杆的杆体是钢管, 外端套以开缝套管, 可以产生相对位移, 套管上焊有挡环, 托板制成凸形, 依靠快硬水泥将内锚头黏结在孔内。

3 高强度和超高强度锚杆

长期以来, 普通圆钢端锚锚杆是我国锚杆支护的主要形式, 由于材料的屈服强度较低, 限制了锚杆支护的大面积推广, 为了提高锚杆支护的可靠性, 近几年大力发展了高强度、超高强度锚杆。

1) 高强度螺纹钢锚杆。高强度锚杆是用高强度螺纹钢制成, 既可用于全长锚固, 也可用于端头锚固。对于全长树脂锚固的螺纹钢锚杆, 主要由杆体、穹形球体、塑料增压垫圈、驱动螺母、托盘和树脂药卷组成。由于锚尾部分安装螺母, 需加工成螺纹, 结果造成锚尾部分的直径比杆体名义直径小13%~23%。在井下受到拉力作用时, 锚尾部分首先断裂, 使锚杆的强度和延伸率得不到发挥。为保证锚杆的高强度和延伸率, 对锚尾螺纹部位进行强化热处理, 即可制成高强度锚杆。

2) 超高强度螺纹钢锚杆。超高强度螺纹钢锚杆是将整根普通螺纹钢锚杆 (包括杆体和锚尾) , 通过合理的工艺方式和工艺参数进行整体强化热处理而制成的。超高强度螺纹钢锚杆的屈服强度可达703MPa, 极限强度可达811MPa, 延伸率可达21%。强化热处理的方式有常规加热和感应加热两种。常规加热效率低、电耗高、成本高;感应加热可以大幅度降低能耗、提高生产效率, 而且可以改善超高强度锚杆的力学性能。

4 管缝式锚杆

管缝式锚杆的杆体是一根全长纵向开缝的长钢管, 锚尾端部焊有一个用巾6~8mm的圆钢弯成的挡环, 杆体直径30mm~45mm, 开缝宽度10mm~15mm, 壁厚2.2mm~3mm。当将其打入比管径小1mm~3mm的钻孔后, 钢管的弹性变形恢复力使其外壁与钻孔岩壁挤紧并产生沿钢管全长的径向应力和轴向摩擦力, 以阻止围岩变形并在围岩中产生一个压应力场, 加固围岩。管缝式锚杆具有全长锚固的特点, 安装后立即提供预应力, 其锚固力随围岩变形的加大而逐渐增加。

在实际应用中, 管缝式锚杆的锚固力往往难以得到可靠保证, 特别是在动压巷道, 巷道周边的破碎区较大时。

另外, 管缝式锚杆遇水后易于锈蚀, 也影响到锚杆的锚固力。因此, 为保证管缝式锚杆的安全可靠, 一般只在生产地质条件较好、压力较小的巷道使用。

5 可切割锚杆和可回收锚杆

在回采巷道两帮使用金属锚杆, 会影响采煤机的正常割煤, 为此, 国内外研制了不同种类的可切割锚杆。

1) 木锚杆和竹锚杆。木锚杆 (木楔缝式锚杆) 、竹锚杆是最经济的一种支护形式, 主要用于围岩稳定及断面小或服务年限短的回采巷道两帮。该种锚杆可以机械锚固也可以端头黏结锚固。木锚杆的杆体由优质硬杂木制成, 其直径一般为38mm左右, 长度12~1.8m, 杆体下端加工成长250mm左右的纵向缝。楔子长125~200mm, 厚20~25mm。木锚杆的最大优点是结构简单、加工容易、成本较低, 不影响采煤机割煤。但其实际锚固力较低 (一般在15k N以下) , 锚杆杆体强度低, 易腐蚀, 故在使用时常需作防腐处理。

2) 玻璃纤维可切割锚杆。这类锚杆是以玻璃纤维为主要原料, 采用合适的树脂配比而制成的。锚杆锚头采用树脂锚固剂锚固, 锚尾为与普通圆钢锚杆锚尾相同的金属螺栓结构。玻璃纤维可切割锚杆杆体, 由于增加了抗静电、抗阻燃材料, 锚杆具有双抗特性, 锚头为反麻花结构, 可实现树脂锚固, 锚尾为金属螺栓结构, 螺母拧紧后可为煤帮提供一定的预紧力。该锚杆主要用于回采巷道的煤帮支护, 可切割, 不影响工作面的正常推进, 锚杆锚固力高 (大于40k N) , 锚杆强度大。

3) 可回收锚杆。为进一步降低锚杆支护成本, 国内外相继开发了多种形式的可回收锚杆。其锚杆的杆体为普通圆钢, 其两端加工成螺纹, 安装锚杆前先在锚头安装一螺母, 并通过两种高强度塑料楔锥体将锚头与锚孔底部孔壁固定。锚杆的锚固力由内、外塑料壳体与锚孔孔壁的摩擦力提供, 锚固力一般不低于50k N, 在采煤机割煤至锚杆前, 旋转锚杆锚尾回收杆体和托盘。

6 组合锚杆

加强矿井顶板支护技术的实践应用 篇8

关键词：矿井顶板,支护技术,实践应用

0 引言

煤炭是中国的重要能源之一, 煤炭开采除了少数是露天开采以外, 大部分还是矿井地下开采。由于地下工作条件特殊, 再加上煤炭开采的复杂性, 使得煤炭在开采时危险系数加大, 其中矿井顶板事故占煤矿事故的30%左右;为了减少矿井事故发生概率, 中国投入了大量的物力、人力和财力, 虽然已取到了一定成效, 但尚未完全消除事故发生的可能性, 因此, 加强矿井顶板技术的实践应用对于提高矿井施工的安全性有重要作用。

1 支护型钢在矿井开采中的实践应用

工字钢及U型钢是中国应用较广泛的支护型钢, 由于其自身独特的形状及机械性能, 使支护型钢在矿井矩形、半圆形、椭圆形、圆形巷道的支护中得到了十分广泛的应用, 但在实际工作中, 巷道顶板对矿井支护钢要求非常高, 其中包括对抗剪切能力、抗压能力、抗拉能力等的要求, 因此矿井巷道支护钢必须能承受疲劳磨损。此外, 矿井巷道在使用过程中, 可能会受多种因素影响而使矿井巷道发生位移, 例如:掘进切面、矿层地质构造等的变化, 这要求支护钢具有更高的性能。同时, 矿用支护型钢材自身的抗弯截面模量要达到相关要求, 还要融合不同矿井的不同特点, 使其满足工作中巷道支护整体滑移和定位的要求, 还要适当增大矿井顶板支护模块之间的接触面积, 以确保接触面整体受力均匀。

2 伸缩型支架在矿井开采中的实践应用

目前, 金属支架是中国煤矿行业应用最广的伸缩性支架, 与其它材料的支架相比, 金属支架承载能力较强, 主要表现在极限承载能力及实际承载能力方面。在实际矿井巷道支护工作中, 矿井巷道的内部构造和矿层地质活动都是影响金属支架承载能力的主要因素, 金属支架承载能力的变化会使巷道顶板支护的其中一个部位受力集中, 如果支架弹性不能满足要求, 就会致使巷道支护部分承载力较大, 甚至会出现支护板件垮塌等事故的出现, 因此, 在支架选择时, 要考虑到其伸缩性, 使其有效吸收局部地区及整个顶板支护的应变力, 体现其实际承载能力和极限承载能力。在极限工作状态下, 较大的载荷作用和瞬时冲击使支架体现出来承载力, 就是极限承载能力。在实际支护过程中, 一旦完成支护工作就要采取适当措施, 来尽可能避免支护支架出现极限承载现象, 如果发现有此现象, 就要在最短时间内更换支护材料, 以避免因长期使用而导致过度受损发生意外事故。

3 锚杆支护在矿井开采中的实践应用

锚杆支护技术是现代矿井行业应用最广泛、效果最好的支护技术, 它不仅能有效提高矿井巷道支护效果, 还具有成本低、工作强度小、施工简便等优势。在实际运用中, 工作人员要重点考虑围岩、锚索及锚杆之间的相互作用。在锚杆支护体系中, 锚杆发挥抗剪和抗拉作用, 托板向锚杆施加预紧力;锚固剂起到连接作用, 它将孔壁和锚杆体连接起来, 实现瞄杆预紧力、改善支护巷道表面的围岩应力状态;钢带主要起着扩散工作阻力、均衡锚杆受力、提高整体支护的作用;锚网的主要作用是维护锚杆之间的围岩防止其松动滑落、向周围深部围岩提供支撑力。只有充分了解锚杆支护体系中各部分的使用功能和发挥的重要作用, 才能在支护过程中使其得到充分应用。图1为复合顶板巷道顶板锚杆作用机理示意图。

荷载q均匀分布的情况下, 图1中2张图片的最大弯矩都发生在中间跨度上, 用公式表示为:

式 (1) 中, Mmax为弯矩最大值, N·m;q为均布荷载设计值, N/m;L为梁高, m。由于图1中2个抗弯模量不同, 因此设迭合梁的抗弯模量W1和组合梁的抗弯模量W2分别为:

式 (2) ~式 (3) 中, W1为迭合梁的抗弯模量, mm3;W2为组合梁的抗弯模量, mm3;n为岩层的层数;b为梁宽, m;h为组合岩梁的宽度, m。根据内应力是弯矩和弯模量的比值可知, 组合梁的最大弯曲应力仅为迭合梁最大弯曲应力的1/n。同理, 根据组合梁理论可知, 在均布荷载q的作用下, 两种情况的最大挠度也都发生在梁的跨中, 大小为:

式 (4) 中, Fmax为梁跨中的最大挠度, mm;E为弹性模量, Pa;I为钢的截面惯矩, mm4。

因为惯性矩不同, 其值可表示为:

式 (5) ~式 (6) 中, I1为图1中第一幅图片的截面惯钜, mm4;I2为图1中第二幅图片的截面惯钜, mm4。

由此可得, 组合梁跨中的挠度仅仅是迭合梁的1/n2。这些计算表明, 在顶板支护技术中, 锚杆的组合加固作用十分重要, 它能大大减小围岩变形及弯曲张力, 从而发挥围岩的高承重目的。

4 预设煤柱在矿井开采中的实践应用

预设煤柱在中国现阶段的采煤工艺中是应用较多的一项巷道支护技术, 预设煤柱已有了较长的发展历史, 在排水方面和矿井通风上有很大优势, 预设煤柱是由矿井巷道自身功能决定的。巷道在实际开采过程中发挥着三大功能, 分别是坑道支撑保护、人员行进通道和煤炭运输通道, 除此之外, 巷道还在矿井通风、瓦斯抽采及管理等方面发挥着作用。为了促使巷道上层的运输层和巷道下方通风层保持适当距离, 一般情况下, 会在巷道顶板支护的铺设处预留适当宽度的煤柱, 就是提到的预设煤柱。这一措施能在很大程度上避免巷道上方运输层和巷道下方通风层之间发生应力传递, 大大提高了巷道稳定性。但预设煤柱也存在一些问题, 其中最明显的就是该方式十分浪费煤炭资源, 这是由于煤柱需承受一些负荷, 在实际开采过程中要避免煤柱的开采, 这就导致煤炭资源大量浪费;此外, 由于煤柱会受很多外在因素影响, 受到破坏的可能性很大, 这就需要煤矿企业投入大量资金对预设煤柱进行维修养护, 一旦预设煤柱设计不符合相关要求和规范, 就会致使煤柱局部受力超载, 而发生冒顶事故。

5 结语

矿井巷道支护加固中注浆技术的应用 篇9

关键词：巷道支护,巷道冒落区,注浆加固

0 引言

出现冒顶问题大多是在巷道通过矿岩接触带、断层以及破碎带等地段。巷道围岩注浆加固理论,使用围岩壁内注浆技术,能提高围岩力学性能,加强其整体性和控制其变形,支护机理主要体现在:(1)围岩继注浆后可良好地闭合先前的裂隙、节理,控制它们深层次地发育,改善围岩强度;(2)普通锚杆能通过注浆技术拥有全长锚固锚杆良好性质,对加固巷道破碎围岩十分有利;(3)注浆能加强围岩的残余强度,提高其内摩擦角,增强岩体的支撑能力;(4)注浆后,提高了围岩的整体性,减小了其松动圈半径,使其应力圈状态得到改善。

1 巷道围岩的可注性

围岩的可注性是指在单位浆液压力下,单位体积被注浆岩体的注浆量。单条裂隙的裂隙长、宽度同它的渗透量呈现正相关,围岩的注浆性能受其很大影响,因此,应认真调查围岩裂隙。由于岩体的非均质各向异性,造成浆液在岩体内部不同方向渗透不均匀。我们在研究渗透性时,浆液的渗透系数有着关键作用,围岩孔隙率自身和浆液的性质等因素都决定着渗透系数。构造带岩体通常较为破碎,具有相对大的渗透系数。

渗透系数表达式如下:(1)

式中:k为渗透张量;ρ为流体密度;μ为流体粘滞系数。

当渗流在岩体中表现为各向异性时,通常用渗透张量来表征围岩的渗透特性。下面是各向异性岩体的渗透张量表达式:

式中:be(l)为第z组不连续面的等效水力开度;λ(l)为第Z组不连续面的间距;n(l)为第Z组不连续面的法线方向余弦;δij为Kmnecker函数;g为重力加速度;μ为流体粘滞系数。

2 注浆方案设计

2.1 注浆范围。

开挖轮廓线外2~3m,要求开挖区顶板以上不小于3 m,两帮以外不小于2m。

2.2 注浆段长。

我们使用钻杆注浆,满足各段注浆有2m的长度,开挖1.5m,并且预先留0.5m以作止浆墙。

2.3 钻杆布置。

自开挖轮廓线向上和两侧辐射状布置注浆钻孔。每循环布置见图1。

2.4 注浆压力。

按照经验数据,注浆终压应不大于2.0MPa。

2.5 浆液注入量。

首先根据各根钻杆设计的固结体积,然后按照冒落矿岩的孔隙率,充分考虑到浆液损耗系数和浆液有效填充系数,在设计中,单根钻杆浆液注入量是300~400L。

2.6 注浆结束标准。

从原则上来讲,注浆终压应满足设计要求,同时进浆量在设计的80%以上。

3 注浆施工

3.1 注浆材料及配比

(1)使用425#普通硅酸盐水泥和波美度为420,模数为2.4~2.8的水玻璃双液注浆。(2)根据注浆设计规定以及现场施工条件,我们确定了以下两种配比范围:一是1:0.6~1:0.8;二是0.5:1~1:l,凝胶时间是50—100s。

3.2 注浆设备

(1)钻孔设备。使用YT一28型气腿式凿岩机钻孔。钻杆规格为Φ28mm×6mm,长为2~2.5m,旧柱齿钻头(规格为Φ38mm)安装在其前端,其尾部车有螺蚊,另外钻杆使用的是厚壁无缝钢管制作的。在钻孔的过程中,钻杆尾部经过套筒和活动钎尾相连;在注浆时,其经过联接头和注浆泵的胶管连接。钻杆顺着长度方向钻有数10个注浆小眼,其规格为Φ6mm。(2)注浆泵。我们使用的双液调速高压注浆泵,其型号为2TGZ-60/210。(3)搅拌机。我们使用的是同注浆泵(TGZ-60/210型)相配套的搅拌机。

3.3 注浆工艺

(1)注浆顺序。依据的原则是先两帮后顶板的顺序。各侧帮的顺序应为先下再上,顶部的顺序为从一边按次至另一边。为了容易将各冒落松散矿岩表面的浮粉去除,加强注浆粘结体的强度,在各孔注浆前,我们通常先使用适量的清水压注。(2)浆液配比。按先稀后浓逐级变换配制。(3)异常情况处理。在施工过程中往往会产生吸浆管不吸浆等现象。出现此种异常情况是由于停留在混合段排浆管内的水玻璃浆液凝固速度快造成的。我们要马上把泵的两个进浆管放入清水,并且为了方便解决异常现象后继续注浆,还应更换高一级泵速冲洗混合排浆胶管和钻杆。

3.4 注浆后开挖与支护

(1)采用人工配风镐的方式开挖,局部需要打眼爆破时,要在最大程度上控制炸药量。(2)每循环开挖进尺均在1.5m上下,开挖完毕,马上采用喷射砼以作暂时支护;开挖时,在注浆不是很好的地方,应使用木棚进行支护。通常每开挖两到三个循环后,应再使用喷射砼做二次补强支护。

4 注浆效果

4.1 通过观察开挖后掌子面的固结状况,可获得良好的固结效果,在岩体中具有密实的浆液,对掌子面进行取样测定,7d的固结强度均大于5MPa。

4.2 在开挖掌子面时,开挖区下半部分用人工配风镐进行,上半部分采用打眼爆破手段开挖,因为固结良好,先前设计注浆后用木支护的方法就不需要了,通常情况下,只需要喷射砼作补强支护就可实现预期效果。

4.3 对注浆地段两个不同断面的巷道进行6个月的监测,可以看出加固后的前2个月巷道四周有显著的收敛,第3个月已达到稳定效果。

4.4 实践证明。采用水泥———水玻璃作为胶结材料,以注浆技术加固塌落岩体具有可行性。然而,假如要加固相对松软的石英角斑凝灰岩,并实现相同的效果,则仍需要我们进一步开展工作。

参考文献

[1]杨天鸿,唐春安,徐涛等.岩石破裂过程的渗流特性一理论、模型与应用[M].北京:科学出版社,2004.

[2]马国彦,常振华.岩体灌浆排水锚固理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2003.