文档介绍：复杂地质条件下
巷道围岩主动控制技术
山东科技大学秦忠诚
2010年8月
一、支护研究背景
二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索
三、巷道支护系统设计方法
四、部分矿井巷道支护案例
五、部分专利与成果
汇报提纲
“复杂地质条件下巷道围岩变形与控制”是目前深井建设中遇到的普遍难题,针对复杂施工地质条件,探究经济合理的巷道支护技术,对矿井的安全高效生产具有重要的现实意义和工程应用价值。
我国煤矿开采深度以8-12m/年的速度增加,东部矿井10-25m/年。
1980年平均开采深度288m,,2000年以后超过了500m。
国有重点煤矿,开采深度达1000m深矿井有数十处,最大采深超过1300m。
主要分布在新汶、淄博、开滦、北票、沈阳、徐州、淮南、徐州等矿区。
到2009年底,新矿集团5个矿采深超过1000m,开滦、徐州、淮南等矿区平均采深大于800m。
预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000-1500m的开采深度。
一、支护研究背景
一、支护研究背景
高地应力: 垂直应力明显增大;水平应力甚至超过静水压力;构造应力场复杂。
高地温: 地温梯度30-50°C/km。热应力问题明显,(- MPa)/△ 1°C
高岩溶水压:高裂隙水压使岩石更易破坏且矿井突水严重。
开采扰动: 在高地应力下,叠加采动影响,巷道硐室破坏更加严重。
岩体弱化: 不同围压下岩石具有不同的特性,在高围压下脆性岩石转化为塑性。
流变特性: 高应力作用下,岩石具有较强的时间效应,呈现明显的流变或蠕变。
扩容特性: 在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开,出现扩容膨胀。
垮落冒顶增加:围岩应力高于围岩强度,围岩易失稳性,支护难度大。
冲击地压: 煤岩体应力加大,冲击地压发生的频率、强度和规模增加。
矿压显现强烈:巷道变形量明显增大,采面矿压显现强烈。
深井开采矿压特点
一、支护研究背景
巷道围岩变形的时间效应。围岩变形量大,有明显的时间性。初期来压快、变形显著,不采取有效支护措施,极易发生冒顶、片帮。即使围岩变形稳定后,围岩还以长期处于流变状态。
巷道围岩变形的空间效应。巷道来压方向多表现为四周来压。不仅顶板、两帮发生显著变形和破坏,底板也出现强烈变形和破坏,如不对底板采取有效控制措施,则强烈底臌会加剧两帮和顶板的变形和破坏。
巷道围岩变形的易受扰动性。围岩变形对应力的变化非常敏感,受震动、邻近巷道掘进或回采工作面采动影响后,围岩变形和破坏均有明显增加。围岩的稳定性与巷道断面形状、施工工艺等因素都有关系。
巷道围岩变形的冲击性。在有冲击倾向的巷道中,围岩变形有时并不是连续的、逐渐变化的,而是突然剧烈增加,导致断面迅速缩小,具有强烈的冲击性。
深井巷道变形特点
一、支护研究背景
新奥法支护理论
煤炭行业结合自身特点,完善和发展了新奥法:采用光面爆破;早强喷射混凝土及时封闭巷道周边,实施密贴支护;采用锚喷支护,主动加固围岩,提高其自承能力,在围岩内形成承载圈;实施二次支护;对破碎围岩实施注浆加固;实施动态设计和动态施工等。
联合支护理论
对深部巷道,只提高支护刚度难以有效控制围岩变形,要先柔后刚,先让后抗,柔让适度,稳定支护。但随着巷道条件变差,该理论受到挑战,有些巷道采用联合支护并不有效,多次维修,围岩变形一直不能稳定。
二次支护理论
对深部大变形巷道,应实施二次支护。一次支护在保证围岩稳定的条件下允许有一定变形,释放压力;在合适的时间进行二次支护,保持巷道的长期稳定。
深部巷道支护理论
一、支护研究背景
锚杆锚喷支护:锚杆锚喷支护性能优越,比较适合深部巷道支护。但必须选择合理的支护形式与参数,才能取得较好效果。
U型钢可缩性支架:U型钢具有较好的断面形状和几何参数,型钢搭接后易于收缩,支架设计合理,使用正确,能获得较好的力学性能。支架结构分不封闭和封闭。但U型钢支架毕竟是一种被动支护形式,而且支护费用高,施工比较困难。
注浆加固:注浆将破碎岩体固结,改善围岩结构,提高围岩强度,增加自身承载能力。水泥─水玻璃、高分子材料。注浆加固适于破碎围岩,且与其它支护方法联合使用。
联合支护:两种或两种以上支护方式联合支护。如能充分发挥每种支护方式性能,优势互补,有更好支护效果和更广的适用范围。锚喷+注浆,锚喷+U型钢支架,U型钢支架+注浆,锚喷+注浆+U型钢支架。适用范围广,但费用高,支护形式选择不匹配时,往往造成各个击破。
卸压技术:将巷道布置在应力降低区,或采取人工卸压措施,使巷道周边的高应力向深部转移,是深部巷道围岩变形控制的另一个途径。
在应力降低区布置巷道是首选方法,人工卸压法(切缝、钻孔、爆破、掘卸压巷等),由于种种原因,目前还没有推广,仅作为一种辅助方法局部采用。
高强预应