软岩巷道支护技术探讨

软岩巷道支护技术探讨

郭　敏,赵建军,张　乾,刘思远

(鹤壁煤电公司四矿,河南鹤壁458010)

摘　要:分析了鹤壁四矿复合型软岩巷道的变形破坏特征、破坏机理,介绍了该矿通过采用“先柔后刚,先让后抗”的柔性支护方式,如锚喷网、锚索、可缩性支架支护等,软岩巷道支护取得了较好的效果。

关键词:软岩巷道;破坏特征;机理;支护;对策中图分类号:TD322　　　　　文献标识码:C　　　　文章编号:1008-4495(2004)05-0032-02

　　鹤壁四矿是1960年11月投产的水采矿井,1992年12月改扩建,现矿井实际生产能力达到160万t。矿井进入二水平以来,在采区开采的动压作用下,处在裂隙发育、岩性较差的软岩巷道变形严重,有的发生塌落破坏,导致大巷和一些硐室不能正常使用,严重影响了矿井生产和运输。经近10多年的反复实践,通过对巷道变形破坏特征的分析,找出对软岩巷道支护的对策,取得了较好的效果。

独特之处是,其巨大的塑性能必须以某种形式释放出来。多年来工程实践表明,无论是新开巷道还是返修巷道,其围岩变形破坏不是均匀的、整体性的破坏,而是巷道的一个或几个部位首先开始变形、损伤、破坏,进而导致整个支护体失稳。因而软岩巷道支护的重心是要解决“关键部位”问题。鹤壁四矿原支护体失败的原因就是未能解决好巷道围岩和支护体之间的相互作用,使得支护体在强度、刚度和结构上与围岩性质不协调。因此放弃了刚性支护,而采用了“先柔后刚,先让后抗”的柔性支护,如锚喷、锚索和可缩性支架支护,在保证巷道初期安全条件下允许围岩在控制下变形。对于特别破碎的围岩,采用壁后充填注浆的方法,隔绝空气,加固围岩,变被动支护为主动支护。2.1　锚喷网支护

1　软岩巷道变形破坏机理和特征

软岩以其大变形、大地压、难支护特征一直困扰着煤矿生产,随着开采深度、强度的增加和地质条件渐趋复杂,这个问题越来越明显地暴露出来。软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。简单地说就是硬度低、易破碎等岩性较差的岩体,在静压作用下能够保持安全使用,而在动压作用下便产生显著塑性变形进而发生破坏。其破坏的原因是工程力(地应力、构造应力、水应力、工程扰动力及膨胀应力等)的影响,鹤壁四矿主要是工程扰动力的影响。有工程扰动力影响时,围岩应力成倍急剧增长,巷道变形非常大,难支护,如不及时加以控制,巷道便很快破坏。

普通支护的软岩巷道破坏特征:开挖初期围岩就发生变形,开挖几天后变形量迅速增加,产生大变形、大幅度释放其变形能,巷道支架发生变形;短期内钢架产生严重变形,甚至于发生断裂;在节理发育段容易造成塌方和冒顶。

软岩巷道在围岩变形量不大的情况下,锚喷支护是一种较为成功的支护方法,锚杆的允许变形量一般可达200mm以内,有的甚至更大,具有一定强度又有柔性的特点。采用锚喷网支护,用金属网提高喷层的抗剪、抗拉强度,增强其整体性、抗变性和防开裂的能力。由于金属网的整体连接,喷层一旦开裂也不会脱落,可以防止破碎岩石的冒落。

锚喷网支护由于在巷道开挖后立即喷一层混凝土,可以及时封闭、密贴围岩并隔离水、风对围岩的破坏,减轻膨胀、泥化和剥落。因而四矿在西翼六采区一、二轨道和-240m轨道巷、回风巷均改用了锚喷网支护。

鉴于软岩巷道支护理论与计算有待完善和发展,此类轨道锚杆支护采取工程类比法简单易行。

Φ18锚杆采用1.6m金属管缝式锚杆或长1.8m、mm金属树脂锚杆,间排距0.7m×0.7m,挂金属菱

2　软岩巷道支护对策

硬岩巷道支护不允许岩石进入塑性状态,因在这种状态下的岩石将丧失承载能力。而软岩巷道的

　　收稿日期:2003-12-08

形网,网孔60mm×60mm。采用管缝式锚杆,能充

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2004年10月　　　　　　　　　矿业安全与环保

分发挥其初撑力大的优点,迅速加固围岩;树脂锚杆能主动加固围岩。该四条巷道经过2602、2604、2608、2612、2614高档综采(或综放)工作面多次采动影响,除个别地方浆皮开裂脱落外,其它地方变形很小,稍加锚喷维修就可以安全使用。2.2　锚喷网加U型钢可缩性支架支护

2305工作面跨2305岩中巷下段分层开采四次,

第31卷第5期　　　　　　　　

21051和25052三个工作面分别于1985～19年三

次跨越硐室群开采,仅局部做了补强加固,硐室群保持了稳定。使用预应力锚索支护综合技术,取得了成功。

2.4　高水材料壁后充填注浆加固

鹤壁四矿胶带暗斜井尾段(以下简称斜井平巷)是矿井改扩建的关键性工程之一,服务时间长达几十年。由于围岩松软、上覆煤层的支承压力的静压和动压、断层和支护等四方面的原因,这段巷道维护非常困难,尚未投入使用便遭到了十分严重的破坏,开始时采用锚喷支护,巷道全部压垮挤死而彻底报废。底膨高达1m多以后,又在原来位置重新套掘巷道,先后采用混凝土碹,U25马蹄形可缩性支护,均无法控制围岩的持续剧烈活动。后与中国矿业大学合作,采用高水灰渣材料支架壁后充填,帮底注浆加固综合治理斜井平巷的技术。具体方法为:对已经折损的“U”型钢棚重新修复架设,破坏严重的重新架“U”棚支护,帮顶用金属网背严,喷射一层混凝土防漏。用注浆泵将高水速凝材料注入到巷道壁后四周的软岩裂隙中,用来充填和加固围岩。不仅可以改善支架的受力状况,显著提高支架的承载能力和支护强度,而且可以封闭围岩,防止风化和水的侵蚀。该方案实施后,形成了由充填体和注浆加固的围岩共同组成承压结构,提高了岩体自身强度及承受外载和抵抗变形的能力,加以巷内马蹄形支架支护的共同作用,取得了明显的支护效果,有效地控制住了斜井平巷围岩变形活动,巷道移近速度由原来的2.285mmΠd降低到现在的0.1mmΠd左右,效果明显,达到了预期减少巷道围岩移近速度70%～80%的目标。

岩中巷稍加维修就可以安全使用。但由于水采为无支护短壁开采,矿压显现剧烈,1992年二水平南翼2305水采工作面跨巷(2305岩中巷上段)回采时,巷道冒落堵死,严重影响了矿井南翼的安全通风。可见水采动压强度大是巷道破坏的主要原因,所以在水采动压和其它因素作用与影响下,巷道不能保持稳定。

1994年西翼四采区水采投产后,水采工作面要

跨越-200m运输大巷、通风下山、西翼总回风等主要运输通风巷道开采。如果跨采巷道垮落,将造成矿井西翼生产地区停产。所跨巷道皆为20世纪70年代施工巷道,巷道爆破成型不好,采用长1.6m、Φ14mm金属倒楔式锚杆喷射混凝土支护,局部巷道已整修过多次,距二1煤层底板垂距为13～19m,围岩为砂岩、砂质泥岩,为保证跨采巷道稳定,抵抗工作面跨采矿山支承压力的影响,跨采巷道必须加固,增加巷道支护强度。采用U25可缩性支架加固,棚距0.7m,并采用暂留煤柱,避免重复采动影响等安全措施,顺利跨越诸巷道。跨巷回采后,工作面采空区下方巷道稳定性较好,并且有利于巷道长期维护,改善了巷道受力状态,降低了维护费用,U25棚收缩变形量不大,均可回收复用。2.3　预应力锚索支护

鹤壁四矿在2103和2105回采工作面采煤时,需对下方的大型提升站进行加固。该提升站由筛机硐室、破碎机硐室、煤水调节仓、立式仓、清水泵房、污水泵房、内外水仓、污水仓、变电所等10余个硐室组成,整个硐室群长190m,宽95m,总面积1.8万m,巷道全长1341m,安装设备80台,担负四矿原煤提升和安全排水任务,可以说是整个矿井的心脏,于1984～1985年在全国煤炭系统首次使用了预应力锚

2

3　结论

对鹤壁四矿通过矿区受采动影响巷道的支护探索,得出以下结论:

1)一般破碎松软的岩石巷道应采用锚喷网支护。

2)对于动压大的巷道,可以采用锚喷网和U型

索综合支护技术。施工时先由钻机打孔,然后插入锚索,注入水泥浆,再以螺帽压紧垫板。安装好的锚索从里向外分别为内锚固段、自由伸缩段和外锚段三部分。锚索施加预应力后,可提高支护刚度,对围岩有非常好的控制流变和加固作用。采用预应力锚索与倒楔式锚杆相结合,并进行了壁后注浆。2103、

钢可缩性支架联合支护。

3)大断面硐室或硐室群,若围岩岩性不好,可采用预应力锚索配合锚喷网联合支护。

4)地应力较大且围岩破碎较严重的软岩巷道,可以采取高水材料壁后充填加固技术。

(责任编辑:吴自立)

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