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复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术

复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术
复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术

复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术

【摘要】回采巷道围岩控制技术的操作环境一般比较复杂,极松软煤层、深井高应力、破碎围岩等都会给回采巷道的控制与维护带来诸多困难。经实践研究,可采取层位优化技术、打卸压孔结合打设锁腿梁方法以及锚梁网索联合支护等技术来有效控制各种复杂条件下的回采巷道围岩控制,避免因支护系统不完善而产生反复的巷道修复和维护,给煤矿生产带来不必要的经济损失。

【关键词】复杂条件;层位优化;钻孔卸压;锚网索

1 前言

随着我国经济不断发展,对煤矿资源的需求也越来越供不应求,而煤矿开采环境随着采深的逐步增加也越来越复杂,煤矿开采事故的发生率也未得到有效降低,而大部分煤矿事故则是由于不同开采环境的支护设计缺乏合理的科学依据,导致矿压显现强烈、巷道变性破坏出现塌落。平时修复和维护工作不到位,缺乏科学合理依据的支护方式的选择也给煤矿生产增加了支护成本,未能充分利用支架复用率,支护结构带来的维护难题得不到很好的解决。

回采巷道围岩控制技术是动压巷道中应用的一种特殊的技术。理论上来说,回采巷道围岩控制技术是不能广泛应用的,而且国际上对这种技术并不具备一套完善的报道,缺乏必要的参考资料。但在实际的生产过程中,回采巷道围岩控制技术可有效减轻围岩与支护破损问题,为矿井正常生产提供可靠地技术保障。

2 应对7煤复杂条件采用的层位优化技术

深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术 韩孝广

深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术韩孝广 发表时间:2019-01-09T14:22:32.410Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第31期作者:韩孝广王涛[导读] 本文分析了深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术。 山东省滕州曹庄煤炭有限责任公司山东滕州 277519 摘要:近年来,矿井开采深度逐年增加,巷道周边的地应力也相对提高。本文分析了深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术。 关键词:深部煤矿;应力分布特征;巷道围岩 前言 深部煤炭开采的最大特点是煤炭资源开采前煤岩体处于高原岩应力状态,而进行采掘活动后,裸露采掘空间表面垂直方向的应力迅速降到大气压。这种变化引起围岩应力的调整,出现很高的集中应力,在围岩中形成很大的应力梯度。围岩应力分布不是一成不变的,而是随着采掘活动的进行不断变化。当煤岩体不能承受这种应力变化时,就会出现各种灾害,这对深部煤矿的安全、高效开采带来巨大威胁。 1 深部煤矿应力分布特征 1.1 深部煤矿地应力测量与分析 目前,许多矿区对深部煤矿的地应力特征缺乏理性认识。当前直接用于地应力场的研究数据较为缺乏,许多煤矿对支护问题、冲击地压等,与地应力场联系较少。矿井深度的增加导致地应力值增加,破坏巷道能力加强。 当前的地应力测量主要以空心包体法为主,某些条件下也可采用水压致裂法。研究地应力学者通过整理600~1500m的深部矿区数据,剔除特殊地质环境测量数据后,总结出地应力测量的方法主要有:水压致裂法(用于一般地质条件)、结合应力解除法。 1.2 深部煤矿地区的地应力方向特征 经过对我国深部煤矿地区的地应力测量研究,发现我国深部矿区地应力方向存在一些特征:岩层中的水平应力方向特征较为显著;最大水平应力角度下量值较垂直应力大。 2 深部巷道围岩控制技术 巷道围岩控制技术按原理可分为3大类:①支护法。它是作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、砌碹支护,为了改善支架受力状况,提高支护阻力,还可实施壁后充填和喷浆等。②加固法。其是插入或灌入煤岩体内部起加固作用,使煤岩体自稳的方法,如各种锚杆与锚索、注浆加固,锚杆、锚索分为插入煤岩体内的部分(杆体、锚固剂),以及设置在巷道表面的构件(托板、钢带及金属网),因此,“锚杆支护”确切意义上应称为“锚杆加固”或“锚杆加固与支护”。③应力控制法。它是改善巷道围岩应力状态,从而使巷道处于应力降低区的方法,包括巷道布置优化及各种人工卸压法。 2.1 巷道布置优化及应力控制法 针对深部巷道围岩应力高、变形大,甚至会出现冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害,进行采掘优化、巷道布置优化,改善巷道受力状态是首先应考虑的方法。将巷道布置在应力降低区,如沿已稳定的采空区边缘掘进巷道(沿空掘巷),将巷道布置在采空区下方(掘前预采、上行开采等),均可明显降低巷道受力,改善围岩应力状态。 在深部开采中,有些煤矿水平应力大于垂直应力,而且水平应力具有明显的方向性,最大水平主应力明显高于最小水平主应力。在这种条件下,当巷道轴线与最大水平主应力平行,巷道受水平应力的影响最小,有利于顶底板稳定。根据地应力实测数据优化巷道布置方向,对巷道稳定性会起到事半功倍的作用。此外,巷道布置应尽量避开大型地质构造(断层、褶曲、陷落柱等)。 根据深部煤矿地应力场分布特征,对巷道断面形状与尺寸进行优化,可改善巷道周边附近围岩应力分布,有利于围岩稳定。人工卸压法,包括切缝、爆破、钻孔及掘卸压巷等,可转移巷道周边附近的高应力,改善围岩应力状态,在适宜的条件下可作为一种辅助的围岩控制手段。 2.2 深部巷道支护与加固法 目前,深部巷道支护与加固形式主要有:锚杆、锚喷支护,U型钢可缩性支架,注浆加固,复合支护(采用2种或2种以上的支护加固方式联合支护巷道,如锚喷+注浆加固,锚喷+U型钢可缩性支架,U型钢支架+注浆加固,以及锚喷+注浆+U型钢支架等型式)。经过多年研究与实践,我国煤矿已形成了基于煤岩体地质力学测试、以预应力锚固与注浆为核心的巷道支护成套技术。对于深部巷道,锚固与注浆技术也是经济有效的围岩控制技术。 1)预应力锚固技术。在深部巷道采用的预应力锚杆、锚索支护技术,其支护原理是大幅提高支护系统的初始刚度与强度,形成高支护应力场,降低采动应力场梯度,主动控制围岩扩容变形,保持其完整性。同时,支护系统应具有高延伸率,允许围岩有较大连续变形,通过预留变形量,使巷道发生可控变形后仍能满足使用要求。不同巷道条件应有不同的锚杆支护形式:预应力锚杆支护适用于围岩比较完整的岩石巷道、岩石顶板煤巷等;预应力锚杆与锚索支护可应用于煤顶巷道、无煤柱护巷、软岩巷道、高应力巷道、动压巷道及大断面巷道等多种比较困难的条件;全预应力锚索支护,顶板、两帮,甚至底板全部采用预应力锚索支护,适用于深部高应力巷道、强烈动压巷道等非常困难的条件。 2)注浆加固技术。在松软破碎煤岩体中开掘巷道,围岩自稳时间短、破碎范围大,在这种条件下,注浆加固是围岩控制的有效途径。注浆加固利用浆液充填围岩内的裂隙,将破碎煤岩体固结起来,提高围岩整体强度,增加围岩自身承载能力。我国煤矿目前采用的注浆材料主要分为2大类:一类是水泥基材料,是注浆加固应用最广的材料;另一类是高分子材料,如聚氨酯、脲醛树脂等。此外,还开发出多种复合材料,以改善注浆材料的性能,降低注浆材料的成本。在井下应用时,可根据巷道具体地质与生产条件进行选择。 3)预应力锚固与注浆联合加固技术。当巷道围岩松软破碎,锚杆与锚索锚固力不能保证时,预应力锚杆、锚索与注浆联合是一种有效的加固技术。注浆可将松软破碎围岩粘结,提高围岩整体强度,同时为锚杆与锚索提供可锚的基础,保证锚杆与锚索预应力与工作阻力能有效扩散到围岩中。注浆后采用预应力锚杆与锚索支护,可有效控制围岩扩容变形,保持围岩长期稳定。此外,还开发了多种注浆锚杆、注浆锚索及钻锚注一体化锚杆,适用于不同条件的巷道加固。

矿井深部开采沿空巷道的围岩控制技术研究

矿井深部开采沿空巷道的围岩控制技术研究 摘要:针对深部综放沿空巷道围岩稳定性差、变形大、难支护的特点,通过理论分析、数值模拟和现场实验等方法,从巷道支护方式和巷道断面优化两方面讨论了深部综放沿空巷道的控制技术。研究结果表明:直墙半圆拱形断面、锚梁网索联合支护方式能够较好的控制深部综放沿空巷道围岩,减少巷道围岩变形,增强其稳定性。 关键词:深部综放沿空巷道半圆拱形锚网索联合支护断面优化 1、引言 随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大,我国矿山相继进入深部开采。目前,我国煤矿开采深度以每年8~12m的速度增加,而东部矿井更以每年10~25m的速度增加,预计未来20年,我国很多煤矿将进入1000m~1500m的深度开采。另一方面,我国已探明煤炭资源埋深在1000m以下的储量为2.95万亿吨,约占煤炭资源总量的53%,因此,现在及未来一段时间内,我国煤矿开采将逐渐转入深部开采。 由于深部岩体所处的地球物理环境及其应力场的复杂性,在浅部开采基础上发展起来的传统支护理论、支护参数已难以适应深部巷道支护设计和实践的需要。深部综放沿空巷道,作为一类较特殊的回采巷道,与普通的回采巷道相比,具有以下特点:(1)综放沿空巷道布置在靠近采空区的煤体中,巷道围岩结构破碎,在掘进和回采过程中,巷道将发生较大的变形;(2)对于综放沿空巷道而言,由于巷道上方为顶煤,上覆岩层运动波及的范围及影响程度相应地增大,回采过程中的矿压显现将更加剧烈;(3)综放工作面年产量多在100万t左右,开采强度大,机械设备体积较大,且所需风量剧增,这就要求巷道具有较大的断面;(4)深部综放沿空巷道埋深大,地应力相对较大。由于以上原因,深部综放沿空巷道围岩的稳定性及其控制一直是采矿领域中的研究热点和难点。本文主要从支护方式与参数、巷道断面优化等方面讨论深部综放沿空巷道围岩的控制技术。 2、综放沿空巷道断面的优化 由于施工简单,易于成型等优点,矩形和梯形断面形状是目前国内综放沿空煤巷的主要断面形状。但根据弹性力学、岩石力学知道,这两种巷道断面都容易在4个拐角处产生应力集中,不利于巷道围岩的稳定性。直墙半圆拱形断面具有易于巷道顶板稳定、易于施工等优点,目前已经成为岩石巷道的主要形式;但由于半圆拱形巷道施工较复杂,不易成型等缺点,在煤巷中很少应用。由于深部综放沿空巷道的特殊性,尤其是综合机械化掘进易于完成直墙半圆拱形断面的开挖,因此,直墙半圆拱形断面可优先应用于综掘施工的深部综放沿空巷道中。下面将通过数值计算件模拟这两种断面对浅部、深部巷道围岩,特别是对深部综放沿空巷道顶部煤岩体稳定性的影响。

复合岩层地质下铁路隧道围岩控制技术研究

复合岩层地质下铁路隧道围岩控制技术研究 发表时间:2019-03-27T16:12:25.260Z 来源:《基层建设》2018年第35期作者:王晨阳 [导读] 摘要:为了解决复合岩层地质下铁路隧道围岩变形严重问题,确定合理的支护体系。对具体的地质情况进行了分析,阐述了复合岩层地质下铁路隧道锚杆支护设计原则。 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作 454000 摘要:为了解决复合岩层地质下铁路隧道围岩变形严重问题,确定合理的支护体系。对具体的地质情况进行了分析,阐述了复合岩层地质下铁路隧道锚杆支护设计原则。确定了在不同情况下的支护形式和参数。在隧道内布置测站。现场监测结果表明:隧道监测初期支护体应力有一定波动,随着观测时间的增加而增大,但在47d内开始趋于稳定,左右拱腰收敛应力分布为50MPa和42MPa左右。说明此支护方案效果良好,能够有效控制围岩变形。 关键词:铁路隧道;围岩变形;监测;围岩控制 1 隧道变形的地质特征与危害 发生大变形的隧道一般具有以下地质特征:(1)隧道围岩条件。发生大变形的围岩主要有:①显著变质的岩类,如片岩、千枚岩等;②膨胀性凝灰岩;③软质粘土层和强风化的凝灰岩;④凝灰岩和泥岩分互层;⑤泥岩破碎带和矿化变质粘土等。这类围岩的凝聚强度c 值较低,内摩擦角值很小,单轴抗压强度较低。 (2)隧道处于高应力区,且大变形地段的隧道一般埋深在100m以上。 (3)隧道围岩的天然含水量大。 深埋隧道通过软岩和断层带时,在高的地应力和富水条件下通常产生大变形。这种隧道围岩变形量大,而且位移速度也很大,一般可以达到数十厘米到数米,如果不支护或支护不当,收敛的最终趋势是隧道将被完全封死,如果发生在永久衬砌构筑以前,往往表现为初期支护严重破裂、扭曲,挤出面侵入限界。这种大变形危害巨大,严重影响施工工期或者线路正常运营,而且整治费用高昂。 2 复合岩层地质下铁路隧道锚杆支护设计原则 (1)一次支护原则 锚杆支护要避免二次或多次支护,应尽可能一次支护就能有效控制围岩变形。这是实现矿井高效、安全生产的要求,为采矿服务的巷道和硐室等工程,需要保持长期稳定,不能经常维修;另一方面,这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳,而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆,支护效果会受到显著影响。 (2)高预应力和预应力扩散原则 预应力是锚杆支护中的关键因素,是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数,只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护,才能充分发挥锚杆支护的作用。一方面,要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力;另一方面,通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散,扩大预应力的作用范围,提高锚固体的整体刚度与完整性。 (3)“三高一低”原则 即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在提高锚杆强度(如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度)、刚度(提高锚杆预应力、全长锚固),保证支护系统可靠性的条件下,降低支护密度,减少单位面积上锚杆数量,提高掘进速度。 (4)临界支护强度与刚度原则 锚杆支护系统存在临界支护强度和刚度,如果支护强度与刚度低于临界值,巷道将长期处于不稳定状态,巷道围岩变形和破坏得不到很好的控制。因此,设计锚杆支护系统的强度与刚度应高于临界值。 (5)相互匹配原则 锚杆各构件,包括托板、螺母、钢带等的参数和力学性能应该相互匹配,锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配,最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。 (6)可操作性原则 锚杆支护设计方案应该有可操作性,有利于施工管理和掘进速度的提高。 (7)安全经济原则 在保证巷道围岩支护效果与安全程度,技术上可行、施工上可操作的条件前提下,尽量做到经济合理,有利于降低巷道支护综合成本。 3 复合岩层地质下铁路隧道支护参数 3.1锚杆支护参数 型号为?20mm×2000mm左旋螺纹钢高强的锚杆,匹配150mm×150mm×10mm高强拱形托盘与高强螺母,是配套产品。加长树脂锚固,钻孔直径≤30mm,K2335和Z2360各一支用作为锚固剂的规格,锚杆预紧力矩不低于300N?m,锚杆锚固力不低于100KN。 辅助支护:顶板配以钢筋网作为辅助支护,钢筋网采用Ф6mm的钢筋焊接而成的经纬网,经纬网网格大小为100mm×100mm,钢筋网尺寸为2880mm×1100mm,相邻网搭接约100mm,铁丝钮扣联结,联结距离不大于200mm。 3.2锚索支护参数 使用直径是17.8mm,长为7300mm,有效长度7000mm左右的1×7股高强度且低松弛钢绞线制,锚索一排一根,排距2000mm,并且紧跟掘进迎头来施工。锚索钻孔直径≤30mm,锚索用3卷树脂锚固剂锚固型号分别为一支K2335与两支Z2360,理论锚固长度约1400mm左右,并在锚索锚固端1300mm处施加挡圈。用型号为250mm×250mm×12mm的高强球型锚索托盘,锚索的预紧力应该≥200KN。锚索锚固力不低于300KN。 遇地质变化较大的地段,锚索长度可根据需要调整,锚索应深入稳定顶板2~3m。 3.3表面喷浆 设计方案中喷射混凝土强度是C20,喷射混凝土配比为:水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2。刚开始喷时可适度减少石子掺量。水灰比为 0.4~0.5。原材料按照重量计,称量的允许偏差值:水泥和速凝剂均为 2%,砂子和石子均为 3%。设计方案中喷浆厚度为150mm,一次

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究 顾士亮 (中国矿业大学,江苏徐州221008) [摘 要] 针对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质,主要是膨胀性泥岩在浅部遇水破碎、扩容的特征、深部膨胀特征,通过现场测试、建立力学模型、数值计算,对西大巷稳定性的 力学效应、受采动影响时围岩塑性区及破碎区宽度及变形与采动支承应力的关系 分析,分析在采动支承应力作用下的软岩巷道,其围岩破碎区、塑性区的范围,巷道 变形与破碎围岩塑性区范围、峰后强度、支护的关系,研究动压软岩巷道围岩变形 机理、软岩巷道围岩流动规律,提出了深井巷道围岩控制的“内、外结构”稳定性原 理。针对西大巷围岩地质条件,依据研究的成果,寻求巷道稳定控制技术,并通过 工业性试验检验,使得西大巷由研究试验前的强烈变形到研究后的基本稳定。[关键词] 软岩;巷道;稳定性;控制 [中图分类号] T D263 [文献标识码] B [文章编号] 100326083(2004)0120015203 0 引 言 在煤矿巷道中,70%~80%的巷道受到采动影响,到深部后表现明显的软岩特性,巷道强烈底鼓、围岩难以控制,动压影响的软岩巷道的维护状况已成为制约煤矿集约化生产的瓶颈。与一般软岩巷道相比,动压软岩巷道稳定性主要取决于巷道的围岩性质、动压的影响。对这类巷道围岩稳定性及其控制尚未有系统的研究。通过对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质分析,探讨软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术。 1 巷道围岩岩性及其对巷道稳定性的影响分析 (1)围岩工程力学性质。岩石强度试验表明,砂质泥岩、泥岩、海相泥岩强度较小,单轴抗压强度一般20~40MPa,部分低于20MPa。海相泥岩最大膨胀率1718%,最大膨胀力012MPa,砂质泥岩最大膨胀率2818%,最大膨胀力0131MPa。 (2)西大巷变形的主要原因。岩石的工程力学性质差;受到7煤和9煤叠加采动支承压力作用;原支护形式不合理,难以抗拒围岩012~0131 MPa的膨胀力。 2 软岩巷道围岩受力变形分析 峰值强度前的变形为线弹性变形;在岩体破坏前,不发生体积应变,但在峰值后出现塑性剪胀扩容和应变软化现象,在应变软化区和残余变形区的塑性扩容系数一致;曲线简化为弹性变形区(虎克定律)、应变软化区和残余变形区(摩尔2库仑准则),对应巷道围岩变形的弹性区、塑性区和破碎区。 3 动压作用下的软岩巷道围岩受力变形 动压对软岩巷道变形的影响主要反映在塑性区岩体的蠕变。蠕变速度始终维持在一定的水平。不同应力水平下峰后蠕变试验如图1所示 。 (a)加载 (b)峰后蠕变 (c)峰后蠕变 (d)峰后蠕变 图1 不同应力水平下峰后蠕变曲线 51 2004年第1期 能源技术与管理

巷道支护技术

2.1 巷道围岩控制理论 1907年俄国学者普罗托吉雅可诺夫提出普氏冒落拱理论[1-2],该理论认为:巷道开掘后,已采空间上部岩层将逐步垮落,其上方会形成一个抛物线形的自然平衡拱,下方冒落拱的高度与岩层强度和巷道宽度有关。该理论适用于确定巷道围岩强度不高、开采深度不是很大的巷道支护反力。20世纪50年代以来,人们开始用弹塑性力学解决巷道支护问题,其中最著名的是Fenner [3]公式和Kastner 公式[4]。 Fenner 公式为: ()[]10cot sin 1cot -??? ??+-+-=???σ?N i R r C C P (1) 式中,i P —支护反力;C —围岩内聚力;?—内摩擦角;0σ—原岩应力;r —巷道半径;R —塑性圈半径;?N —塑性系数,κ??sin 1sin 1-+= N 。 Kastner 公式为: ()()?????sin 1sin 20sin 1cot cot -??? ??-?++-=R r C P C P i (2) 式中,i P —支护反力;C —围岩内聚力;?—内摩擦角;0P —初始应力;r —巷道半径;R —塑性圈半径。 国内外巷道顶板控制理论发展很快[3-4],我国在1956年开始使用锚杆支护,迄今为止,已有50多年的历史。锚杆支护机理研究随着锚杆支护实践的不断发展,国内外已经取得大量研究成果[5-10]。 (1)悬吊理论 1952年路易斯阿帕内科L(ouis.Apnake)等提出了悬吊理论,悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上,在预加张紧力的作用下,每根锚杆承担其周围一定范围内岩体的重量,锚杆的锚固力应大于其所悬吊的岩体的重力。 (2)组合梁理论

矿山岩层控制

采场顶板支护方法和顶板控制 摘要:在实际生产过程中,工作面常有下述一系列矿山压力现象,并且习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。随着我国各种支护设备的使用,我国煤矿回采开采已进入现代化水平,工作面的推进速度,以及当工作面甩掉这些已发生错动的老顶时,时常发生顶板的周期来压,裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定—失稳—再稳定”的变化。这种变化将呈现周而复始的过程。回采工作面应用的液压支架主要是由梁与柱组合而成的,不仅能实现支设与回撤的自动化,而且对顶板的管理和维护起到很关键的作用,使工作面推进一系列工序也同时实现了机械化,充分减轻了繁重的体力劳动。 关键词矿山压力回采开采周期来压液压支架顶板管理 一.巷道围岩控制理论与实践的发展 (1)巷道布置改革及无煤柱护巷技术 我国在采准巷道矿压理论指导下,形成了完善的巷道合理布置系统。在分析开采引起的围岩应力重新分部规律的基础上,研究沿空巷道一侧煤柱边缘带的应力重新分部和支架与围岩关系,掌握无煤柱护巷机理,推进无煤柱护巷技术。同时,发展整体浇注式巷旁充填技术,为沿空留巷的扩大应用开辟了广阔前景。 (2)研究巷道支架与围岩关系采用先进支护技术 研究巷道支架的合理性能和结构形式,既能有效地抑制围岩变形,又能与围岩变形相互协调,减少支架损坏和改善巷道维护。为此,

研制了适用于不同条件的U型钢、工字钢结构可缩性支架,完善了辅助配套设施,发展了支架壁后充填。 (3)软岩巷道围岩控制理论与实践的发展 自70年代以来,有计划地开展软岩巷道支护技术科技攻关。对软岩巷道围岩控制的基础理论、软岩的岩性分析及工程地质条件、围岩变形力学机制、巷道支护设计、施工工艺及监测进行全面系统研究。针对软岩的类别和变形力学机制,发展了锚喷网支护技术、U型钢支护壁后充填技术、防治底臌封闭支护技术、围岩爆破卸压和注浆加固技术。 (4)巷道围岩控制设计决策及支护质量与顶板动态监测 依据巷道围岩稳定性分类及巷道支护形式与合理支护参数选择 专家系数,预测巷道围岩稳定性类别、预计围岩移近量、选择支护型式、确定支护参数。实行巷道支护质量与顶板动态全过程监测,通过施工过程中的现场监测、信息反馈、不断修正支护设计和调整支护参数。使巷道围岩控制逐步由经验判断和定性评估向定量分析和科学管理转化。 二.采场上覆岩层活动规律的假说 自从采用长壁工作面开采以来,上覆岩层中是否存在着大结构,以及此结构是什么形式,一直是采矿科学研究的重要课题。 1.压力拱假说

巷道围岩控制方法与支护方式

巷道围岩控制方法与支护方式 [摘要]在煤矿生产过程中,巷道围岩控制与巷道的支护是非常重要的环节,关系到煤炭生产的高产高效与采煤安全生产。降低巷道围岩应力,提高围岩的稳定性,合理选择支护是巷道围岩控制的主要途径。本文主要阐述了巷道围岩压力及影响因素、巷道围岩控制措施、方法和巷道保护与支护措施等技术问题。 【关键词】巷道;围岩控制;支护方式 在煤矿生产过程中,巷道围岩控制与巷道的支护是非常重要的环节,关系到煤炭生产的高产高效与采煤安全生产。降低巷道围岩应力,提高围岩的稳定性,合理选择支护是巷道围岩控制的主要途径。回采导致的支承压力不但数倍于原岩应力,并且,影响范围大。巷道受回采影响后,围岩应力、围岩变形成几倍、几十倍急增。巷道围岩控制的实质是利用煤层开采引起采场周围岩体应力重新分布的规律,正确选择巷道布置和护巷方法,使巷道位于应力降低区内,防范回采引起的支承压力的影响,控制围岩压力。本文主要阐述了巷道围岩压力及影响因素、巷道围岩控制措施、方法和巷道保护与支护措施等技术问题。 1、巷道围岩压力及影响因素 1.1、围岩压力 (1)松动围岩压力。因巷道挖掘而松动、塌落的岩体,其重力直接作用在支架结构物上的压力,表现为松动围岩压力载荷形式,如支护没有有效控制围岩变形,围岩形成松动垮塌圈时,造成松动围岩压力,顶压显现严重。 (2)变形围岩压力。支护可控制围岩变形的发展时,围岩位移挤压支架而出现的压力,即:变形围岩压力。在围岩、支护力学体系中,围岩与支架互相作用,围岩就对支架施加变形压力。弹性变形压力是围岩弹性变形时作用在支架上的压力,弹性变形出现的速度很快,变形量相当小,围岩、支护相互作用的过程,实际作用较小。塑性变形压力是因为围岩塑性变形和破裂,围岩向巷道空间位移,使支护结构受压,这是变形围岩压力的基本形式。塑性变形的状况由巷道塑性区和破裂区的范围所决定。塑性区的扩展具有时间效应,它不再扩展时,围岩变形速度就下降。 (3)膨胀围岩压力。 与变形压力不同,它是由吸水膨胀导致的。从表面上看,膨胀压力是变形压力,而两者的变形机制完全不同。一个是与水发生理化反应;一个是围岩应力与结构效应。

最新复杂条件下的巷道布置

复杂条件下的巷道布 置

2.5复杂条件下的巷道布置 我国很多矿井自然条件很复杂,如地质构造和破坏、煤与沼气突出、冲击地压、水害等必须加以防治,在巷道布置方面也必须采取相应措施。 2.5.1受构造影响的巷道布置 对矿井有地质构造的地区,要掌握构造的分布规律,合理布置巷道,以提高回采率,方便生产和节省巷道工程量。 一、受断支影响的巷道布置 当区内断层较多时,可根据断层的类型,合理地技术服务倾斜长壁、伪斜长壁和走向长壁相结合的布置方式。鸡西矿务局小恒山矿在二水平西部,采用了这种混合式布置方式,具体布置如图2-5-1所示。区内断层纵横交错,落差在1m以上的有14条,大致可分为4个较为规则的断块。根据断块的形状和距主运大巷的距离,上部两个断块采用了倾斜长壁布置方式,下部两个断块采用了走向长壁布置方式。区内只用一个综采工作面保产,最高产量达80万t/a,掘进率为100m/万t,回采率为72.9%。巷道布置有三个突出特点:一是灵活,对断层处理适应性强;二是最大限度地扩大了工作面推进长度,扩大了综采有适用范围;三是大部分煤层巷道沿交面线布置,减少了岩石巷道工程量,在复杂条件下回采率高,巷道掘进率低。

从图2-5-1可以看出:区段与条带巷道布置的特点是基本上平行交面线布置;有的巷道受断层影响采用了折线式布置(图中

13、14);斜交和近似走向断层相交时,区段巷道灵活地采用了 扇形布置(图中11、13)。 当断层落差较大时,可以断层作为采区境界。一个断块走向长度较短时,可联合几个断块划归一个采区,采区上(下)山字正腔圆平行倾斜断层布置(图2-5-1中8、9)。采区走向长度较长时,可将采区上山布置在采区中部。图2-5-2鸡西小恒山矿薄煤层采区巷道布置图。左右现金翼以断层为界,采区中部又有一斜交断层,落差亦较大。将轨道上山和运输上山分别布置在断层的上、下盘。这样既减少了联络巷道工程量,又避免了巷道交叉。另外上山煤柱与断层煤柱合一,减少了煤炭损失,提高了采区回采率。

复杂条件下的巷道施工工艺研究与应用

复杂条件下的巷道施工工艺研究与应用 【摘要】随着地质条件逐渐变得复杂,巷道施工工艺也面临着改变的问题,为了更好地进行施工工艺的研究,本文从巷道锚喷支护工艺,以及针对半煤岩巷的施工工艺这两个方面对复杂条件下的巷道施工工艺研究与应用进行阐述。 【关键词】巷道;施工工艺;研究;应用 一、前言 随着社会经济的发展,煤矿工程施工面临的巷道越来越复杂、困难,如何能够更加有效的进行巷道的施工,成为施工单位关注的重点,对施工工艺进行研究,以便更好的提高巷道的施工工艺。 二、巷道锚喷支护工艺 在进行任何施工时,如果施工单位不按照其施工工艺的要求进行,将会对施工质量产生巨大的影响。巷道支护中的锚喷支护也是如此,巷道的锚喷支护施工质量的好坏将直接决定着巷道的施工工艺的好坏,在进行具体的施工过程中,如果一个施工环节没有按照要求进行,将会对整个施工质量产生无可估量的后果。 全断面一次开挖 从静力学角度而言,可以将巷道看作为围岩与支护层共同组合而成的具有一定厚度的承载环。在进行巷道开挖之后,将会破坏岩石内部原有的自然应力状态,使得围岩向巷道内发生变形,破坏巷道的安全性。为了能够减少巷道破坏的程度,我们应该主动为巷道提供支护。全断面一次施工可以提高巷道的稳定性,同时这种施工手段可以有效的将巷道围岩的应力进行均匀分布,还可以防止混凝土喷层由于局部应力导致巷道破坏。在进行全断面施工时,可以分为上、下两个部分,根据顺序不同可以分为上行式和下行式,这两种方式都会造成围岩巷道的应力区重新分配,极其容易出现两帮发生大断面的开裂,巷道出现底鼓,严重影响巷道的正常使用。 2.光面爆破 通过合理的安排炮眼的位置,对炸药用量进行控制,以及采用毫秒延期电雷管的手段,将需要的巷道断面一次进行爆破,这样得到的巷道断面周边比较平整,进行后期的维护较少,同时还便于支护的施工,最大限度的保持原有的岩石支撑能力。在进行光面爆破时,应当严格按照施工工序进行,在具体的施工过程中,为了追求进度,许多的施工工人未按照要求进行,对于周边眼、以及炸药的使用数量都没有严格按照要求进行布置、使用,造成爆破之后,巷道断面要求达不到光面爆破的标准,降低了围岩的稳定性,同时为下一步的支护带来了不必要的困难。

巷道滞后注浆围岩控制理论与实践.

巷道滞后注浆围岩控制理论与实践 1.概述 1.1 注浆技术应用现状 采矿工程师应用注浆技术已有一个多世纪的历史,1864年首创水泥注浆法,1885年铁琴斯(Tietjens)成功采用地面预注浆开凿井筒,获得专利权;20世纪初注浆技术应用到井下巷道,此后注浆法在矿井建设中作为防治水和改善工程地质条件的重要方法,先后在英国、法国、南非和苏联得到广泛应用。比较有名的注浆工程如:巴黎地铁奥柏(Auber)车站注浆、横跨尼罗河的阿斯旺(Aswan Dam)水坝防渗注浆、日本青函隧道围岩预注浆等,其目的主要是防渗和堵水,客观上也起到稳定工程结构及围岩的作用。近数十年来,注浆技术在岩土工程实践中获得了更广泛的应用,已研制开发出多种注浆方法和上百种注浆材料,满足了很多复杂地质条件的工程要求,并积累了丰富的经验,逐渐发展成为一个相对独立的研究方向。1989年国际岩石力学学会成立注浆委员会,1991年我国在广州举行全国灌浆会议,并成立了中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会,加强了理论研究和技术交流。但由于岩土介质的极端复杂,裂隙岩体的渗流理论尚不够成熟,注浆工程常常依赖于经验,大型注浆工程技术参数只能依赖于反复的现场调试和监测,其中注浆固结体的力学性质、浆液流动时的力学过程以及注浆参数设计等理论问题,尤其缺乏系统完整的研究与论述。这些问题影响到注浆效果和技术经济指标的提高,甚至造成人力、物力的浪费,其总体研究水平与其他岩土工程技术相比尚处于初级阶段。

在我国煤矿的井巷施工中,注浆技术早在20世纪50年代就有较多的应用,东北鹤岗矿区、鸡西矿区和山东淄博矿区首先采用井壁注浆封堵井筒漏水,随后山东新汶矿区张庄立井采用工作面预注浆取得良好堵水效果。20世纪60年代以后注浆法有了很大发展,在矿井中已将注浆用于堵水、灭火、密封(瓦斯)以及对软土和构造破碎岩层进行加固,处理围岩冒落坍塌事故,进行巷道修复等方面的工作。20世纪80年代以来,由于现代支护理论的发展和注浆技术的进步,以支护为目的的巷道围岩注浆在苏联、德国等地开始研究和推行,我国同期也在复杂和不良岩体内的巷道工程中采用过注浆加固技术。典型的实例有:金川镍矿用后注浆法加固巷道取得良好效果;山东龙口矿区采用注浆加固与锚喷支护或锚喷架联合支护治理软岩取得实效;徐州旗山矿应用锚注支护技术维护巷道取得成功;抚顺矿区采用卸压加固注浆获得成功;徐州矿务局权台煤矿在v类回采巷道中采用围岩注浆与锚架联合支护取得成功,淮北矿务局朱仙庄煤矿、芦岭煤矿的新掘岩巷、修复岩巷和煤巷中应用滞后注浆加固技术控制围岩变形取得明显效果。 注浆材料也从水泥浆发展到多种化学浆、水泥一水玻璃浆。 因此,从历史发展看,注浆多用于岩土工程的堵水、防渗与加固,主要是一门与地下水害作斗争的工程技术。 煤矿巷道围岩注浆加固技术目前仅作为一项特殊的手段,主要用于如下两种情况: (1) 为提高掘进头及掘进工作面前方煤和岩体的稳定性,短期加固煤岩体,便于安全掘进和支护,从时间上可分为预注浆和随开挖及时注浆,

深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制

2011年6月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2011 收稿日期:2010-10-08 基金项目:国家自然科学基金项目(No. 50774077);煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助(No. SKLCRSM08X04);国家重点基础研究发展计划(“973”计划);全国博士学位论文作者专项资金资助项目(No. 200760),教育部新世纪优秀人才支持计划(No. NCET-06-0475);中国矿业大学青年科研基金资助项目(No. 2008A002);中央高校基本科研业务费专项资金资助(No. 2010QNA31)。 第一作者简介:肖同强,男,1981年生,博士,主要从事巷道围岩控制理论与支护技术方面的研究工作。E-mail :xtq2000@https://www.wendangku.net/doc/d83956196.html, 文章编号:1000-7598 (2011)06-1874-07 深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制 肖同强1, 2,柏建彪1, 2,王襄禹1, 2,陈 勇1, 2,于 洋1, 2 (1. 中国矿业大学(徐州) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 221008;2. 中国矿业大学(徐州) 矿业工程学院,江苏 徐州 221008) 摘 要:针对深部高地应力、大断面、厚顶煤巷道围岩控制难题,采用理论分析、数值计算等方法研究了其变形破坏机制及其控制技术。研究结果表明,深部大断面厚顶煤巷道顶煤塑性区呈“拱形”或上宽下窄的“倒梯形”形态,直接顶塑性区则呈“矩形”形态,且存在肩角稳定区域。提出了“倒梯形”塑性区形成的层理面剪切破坏作用机制:在深部高应力(尤其是高水平应力)以及顶煤较大下沉产生的附加水平应力作用下,顶煤和直接顶之间的层理面发生剪切破坏,并引起其附近煤体破坏,促进了顶煤“倒梯形”塑性区的形成。基于此,提出了高强高预紧力锚杆和斜拉锚索梁联合支护围岩控制技术,认为斜拉锚索可锚固在肩角稳定区域,并起到限制顶煤与直接顶岩层之间层理面的剪切变形、阻止顶煤塑性区由“拱形”向“倒梯形”发展的作用。研究成果成功应用于工程实践。 关 键 词:深部巷道;厚顶煤;大断面;破坏机制;层理面;斜拉锚索梁 中图分类号:TD 322 文献标识码:A Stability principle and control of surrounding rock in deep coal roadway with large section and thick top-coal XIAO Tong-qiang 1, 2, BAI Jian-biao 1, 2, WANG Xiang-yu 1, 2, CHEN Yong 1, 2, YU Yang 1, 2 (1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China; 2. School of Mines Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China) Abstract: Based on the difficult problem of surrounding rock control in deep coal roadway with large section and thick top-coal, surrounding rock deformation and failure mechanism and its supporting technology are studied. The results show that, for deep coal roadway with large section and thick top-coal, plastic zone of top-coal presents “arched” or “inverted trapezoid” with wide upper and narrow lower, however plastic zone of immediate roof presents “rectangular”; the shoulder stable region exists in the immediate roof. Bedding surface shear failure effect mechanism for “inverted trapezoid” plastic zone is proposed: under the effect of high stress (especially high horizontal stress) and horizontal stress caused by larger roof subsidence; bedding surface between top-coal and immediate roof goes to shear failure, which causes coal body near bedding surface failure; and it promotes the formation of “inverted trapezoid” plastic zone. Based on above, high prestressed bolt with strip and steel mesh combining with diagonal cable and beam structure support is put forward. It is thought that diagonal cable can be anchored to the stability region in the shoulder; and it can limit the shear deformation of bedding surface between top-coal and immediate roof, and also can prevent the development of top-coal plastic zone from “arch” to “inverted trapezoid”. The research results have been successfully applied to roadway supporting. Key words: deep coal roadway; thick top-coal; large section; failure mechanism; bedding surface; diagonal cable and beam structure 1 前 言 目前我国许多矿区的开采深度已超过600~800 m ,新汶、淄博、徐州、开滦等矿区的开采深度已超过1 000 m ,最大开采深度达到1300 m ,预计未来20年我国很多煤矿将进入到1 000~1 500 m 的开采深度[1–5]。随着回采工作面产量的急剧增 大和采掘重型设备的应用,为满足通风、运输等安全生产的需要,深部回采巷道宽度也逐渐增 加,由原来的3.0~4.5 m 增至4.5~6.0 m 。深部、大断面条

钻孔布置说明

关于请审《一采区采区地质说明书》的报告 集团公司: 目前唐阳煤矿已完成了矿基建工程转入矿井生产阶段,现准备开始一采区开拓工程施工,按照《矿井地质规程》要求,我矿根据矿井精查地质报告提供一采区地质资料及附近兄弟矿实际生产经验编制了唐阳煤矿《一采区采区地质说明书》,

请审批 唐阳煤矿 1999年4月2日后附《一采区采区地质说明书》 集团公司:

关于请审《二、三采区采区地质说明书》的报告 集团公司: 随着唐阳煤矿生产发展,一采区已不能满足矿井未来几年生产接续需要,为保证正常生产接续现准备开拓二、三采区,按照《矿井地质规程》要求,我矿根据一采区生产实际揭露地质资料及矿井精查地质报告提供二、三采区地质资料编制了唐阳煤矿《二、三采区采区地质说明书》,请审批

唐阳煤矿 2003年3月10日后附《二、三采区采区地质说明书》

关于在辛庄村附近布置钻孔的方案说明 概况: 二采区深部开拓巷道位于辛庄断层与辛庄村之间,该区域地质构造及水文地质条件复杂,三维物探资料与实际揭露有一定出入,且附近没有钻孔缺少对比资料,济南设计院对二采区深部开拓巷道所做剖面煤层倾角达25°。二采区皮带下山与北翼皮带巷之间若设煤仓,则二采区皮带下山将位于煤层上部顶板岩石中,这不利于生产中采准巷道布置及缓解运输矛盾,若不设煤仓二采区深部开拓巷道应布置于煤层底板深部层位中,水文地质条件将变的较复杂,不利于开拓巷道布置及安全生产,综合考虑上述因素暂在二采区深部开拓巷道附近布置两钻孔即:补1、补2。 钻孔方案说明: 一、补1:1、补1坐标为:(X:3944718 Y:39457538) 2、孔深:该孔揭露断层或三灰时终孔,终孔深约-417 米,约-373米时将揭露正常3煤底板,工程量约458 米。 3、所达目的:1)验证3煤底板深度2)钻孔所揭露3 煤可作为一对比标志层,可为二采区深部开拓巷道布置 提供层位参考3)初步了解XZ-2断层及辛庄断层的水 文地质条件,确保二采区深部开拓巷道安全生产。 二、补2:1、补2坐标为:(X:3944620 Y:39458000) 2、孔深:该孔终孔于三灰,终孔深约-589米,约-54 米时将揭露正常3煤底板,工程量约630米。。 3、所达目的:1)验证3煤底板深度2)钻孔所揭露正 常3煤可作为一对比标志层,与291钻孔资料结合起 来可为二、三采区深部开拓巷道布置提供层位参考。 三、对补1、补2钻孔段(3煤以上约50米至终孔)全取芯。 四、对补1、补2钻孔基岩漏水段(重点:三灰、断层破碎带)做 抽水实验,进一步了解该区域水文地质条件。

巷道围岩

大变形巷道围岩变形机理与控制技术 摘要: 为得到困难条件下大变形巷道围岩的变形机理与控制对策以困难条件下巷道的类型划分和特点为基础,总结了巷道围岩表面变形特征和内部的变形与结构特征,详细分析了高应力大变形破坏、底鼓型巷道系统失稳、采动巷道的变形破坏、结构面错动变形机制、围岩与支护结构不耦合五类主要变形机制。结合巷道围岩控制理论研究与工程实践,提出了目前困难条件下矿井巷道支护存在的主要问题、难点与控制关键。 关键词: 困难条件; 大变形巷道; 围岩控制; 变形机理; 控制技术 0 引言 近年来,随着我国经济社会的快速发展、西部能源战略基地的大力建设、南方煤企重组的结构调整,煤炭的产量在逐步提高,为国民经济建设提供了重要支撑。然而,随着煤炭资源开发规模、开采深度的增加,开采条件在持续恶化,巷道维护难度在不断增加,这给矿山巷道支护提出了新的挑战与课题,因此,困难条件下( 例如大采深、构造应力、多次采动影响、松软围岩、突出煤层等) 巷道围岩控制理论与技术亦成为当前矿业工程领域研究的热点与难点。首先,由于我国东中部浅部煤炭资源的日益短缺,煤层开采必然转向深部,而深部开采因高地温、高地压、高渗透压和开采扰动( “三高一扰动”)的不利影响,使得深部矿井巷道的地质力学环境愈加复杂,地下工程灾害日益增多,深部巷道围岩稳定性控制变得更为困难。一方面,部分矿井由浅部的硬岩矿井转型为深部软岩矿井,围岩缓变型大变形支护问题十分突出。另一方面,深部煤层开采引发的冲击地压、瓦斯突出、岩爆等突变型大变形重大灾害在我国频繁发生,给国家财产和人民生命造成了巨大的损失,动力作用下巷道围岩控制问题已成为目前煤炭科技工作者所关注的重大问题之一。其次,西部大型煤炭生产基地的建设为矿井巷道围岩控制理论与技术的发展提供了良好的机遇,同时也提出了新的挑战。西部矿区的地质条件有其特殊性,即第四纪冲积层非常浅、软弱基岩埋藏深、含水层较多,( 特) 厚砂砾层、松散沉积砂层、厚冲积层等地层较为常见。特别是基岩多为中生代软弱不稳定岩层,成岩较晚、胶结程度差、强度低,遇水软化、泥化,这都增加了巷道围岩的控制难度。再次,与北方矿区相比,南方煤矿多为小型矿井,煤层赋存不稳定,地质条件较为复杂,矿井瓦斯含量较高,万吨掘进率偏高。因此,南

采区巷道联合布置的几个问题

采区巷道联合布置的几个问题 摘要:采区巷道布置有其基本要求,影响因素有煤层层数、间距,煤层倾角、厚度等,采区联合布置有利于集中生产、掘进及维修费用低、占用设备少、采区服务年限长、回采率高: 采用联合布置方式应考虑石门长度是否经济合理、煤层埋藏条件、生产能力等因素。 关键词:矿井;采区;巷道;联合布置 1 采区巷道布置的基本要求及影响因素 1.1采区巷道布置的基本要求。 采区巷道布置是否合理,直接影响矿井的生产技术的发挥作用,关系到工作面、采区甚至整 个矿井的生产效果、科学合理的采区巷道布置应满足以下的基本要求: (1)有利于矿井优化集中生产。采区能力能满足矿井能力的要求,并有较大的增产活力。(2)具备完善的生产系统,如运输、通风、疏水、排矸、行人、材料运输、供电、压风、 贮煤等系统都应完善。各生产系统要有利于机械作业效能的充分发挥,并尽可能为采用新技术、新装备创造条件。 (3)要求技术先进、经济合理。尽量减少设备台数、简化生产系统、减少掘进率(特别是 减少岩巷掘进率)。做到以较少的巷道。来取得较大的经济效果。 (4)合理留设各类煤柱,尽可能提高采区回采率。 (5)要符合《煤矿安全规程》和其它的有关要求,保证煤矿安全生产。 1.2影响采区巷道补助的因素。 影响采区巷道布置的因素很多,生产能力、设备状况、围岩性质、地质构造、顶板类型、采 区涌水、采煤方法都影响采区巷道布置。但决定采区巷道布置形式的主要因素有三个: (1)煤层层数和各煤层的间距。如系单一煤层或煤层群间距较大时则形成单一煤层的布置 方法,如系近距离煤层群则可能采用联合布置形式。 (2)煤层倾角。缓倾斜、倾斜煤层的巷道布置与急倾斜煤层比有显著的差异。 (3)煤层厚度。薄及中厚煤层属于一同类型的布置方式,厚煤层由于采用的采煤方法不同,布置方式有显著的变化。 2 采区联合布置的优点 用一组共用的巷道来开采近距离煤层群时叫采区联合布置。共同巷道包括采区上(下)山、 分阶段巷道和采区峒室。共用巷道一般开掘在煤层群最下面的薄煤层内或煤层群下面的底板 岩石中。共用的采区上(下)山或分阶段巷道用石门或溜煤眼与各煤层联结。当煤层层数较多,层间距各自不同时,往往把相近的几个煤层分为若干组,每个组共用一套巷道,这样的 布置方式叫分组联合布置。采区联合布置是巷道布置的一项重要改进。它有以下优点。 2.1有利于优化集中生产。 在采区内可布置较多的工作面同时生产,有利于提高采区生产能力。同时可以相应地减少矿 井生产采区数目,缩短生产战线,减少辅助生产环节、节约机械设备和人员,提高劳动生产宰。

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