深部軟巖巷道支護技術(shù)思考

徐運利

摘 要：正是由于我國煤炭資源需求量保持旺盛勢頭，煤炭開采由淺入深的同時增加了開采難度，巷道變形甚至坍塌形象頻發(fā)?；谀芰科胶饫碚撗芯?，對煤炭深層軟巖巷道支護技術(shù)進行分析，有利于解決煤炭深層巷道變形問題的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：深部軟巖；巷道支護技術(shù)

1 引言

隨著煤炭資源作為主要能源地位的不變，在很長時間內(nèi)煤炭的需求量會保持不變。但是我國現(xiàn)有煤炭開采的實際情況是，淺層煤炭資源已經(jīng)被開采殆盡，煤炭開采面由淺入深，開采技術(shù)難度越來越大，安全生產(chǎn)系數(shù)越來越小。厚煤層開采導致巷道周邊巖體的應力明顯增強，進而出現(xiàn)巷道的變形的情況。巷道的變形為礦井安全生產(chǎn)埋下隱患。所以要求我們必須加深對深部開采技術(shù)的的研究。

2 深部軟巖的概念

軟巖的定義自然地質(zhì)軟巖工程地質(zhì)特征，指出了軟巖工程環(huán)境和變形特征的定義，基本特征是寬松的，分散的，柔軟和脆弱的四個字，它是相對于巖石堅硬，致密，簡單的支持。軟層通常是指附著力差，強度低，容易風化，有時水膨脹，巖石的穩(wěn)定性差的能力。它分為兩類：軟巖和軟巖。地質(zhì)軟巖是指一些巖石松散，打破，柔軟，和其他特征的擴張，低強度的特定性能，孔隙度高，膠結(jié)程度低，受構(gòu)造影響表面和風化，包含大量的膨脹性粘土，這種巖石泥巖、頁巖、千枚巖、單軸抗壓強度小于。工程軟巖顯示明顯的流變和塑性變形，并且軟的特點，弱，寬松，寬松，低強度，承受負載的能力很低。由于深部開采揭示高應力、高溫度，在巖石和地下水侵蝕，這樣環(huán)境才不會發(fā)生在淺層硬搖滾明顯塑性變形到工程軟巖地下工程變得極其不穩(wěn)定。目前，軟巖的確切定義在國內(nèi)外學術(shù)界尚未形成統(tǒng)一的觀點。如何準確地確定圍巖的類型對巷道支護參數(shù)的選擇非常重要。因此，沒有明確依據(jù)軟巖工程、空間位置和環(huán)境條件的變化，軟巖工程可能意想不到的巨大的變化。軟巖石巷道的開挖后圍巖的變形，圍巖變形和長期的大變形，圍巖的整體穩(wěn)定性差，難以維護和支持費用高，軟巖石巷道支架和維護的問題越來越突出，嚴重影響煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。軟巖石的類別分為高應力軟巖、膨脹軟巖，裂隙軟巖和復合軟巖。

3 深部高應力軟巖巷道支護研究現(xiàn)狀

目前，深部開采過程中的巖石力學問題已經(jīng)成為一個問題，迫切需要應對當前國內(nèi)外研究國內(nèi)外巖石力學和采礦工程也是一個缺乏科學分類的基礎(chǔ)上，“深度”和“深工程”。開采深度達到一定值時，會有一些線性工程巖體物理力學現(xiàn)象，以及工程的定義是“深工程”?！吧睢钡亩x被定義為項目的深度，但在實際的項目中，需要分析巖體的特點。因為在礦山生產(chǎn)中，深和淺，困難和容易沒有絕對明確的分工，可能我的一些深度已達到深，而是來自圍巖的特點并沒有發(fā)生在深部開采應該出現(xiàn)的復雜機械現(xiàn)象；但我有一些屬于淺深度，但巷道圍巖變形嚴重，深后圍巖大變形和流變特征。圍巖的變形和破壞機理，從兩個方面探討了高應力軟巖，巖體的強度變化和圍壓的狀況。有幾乎普遍在中國煤炭軸承軟巖地層，特別是在大規(guī)模地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。有必要引起高地應力在深礦井，這對隧道開挖和維護帶來很大的困難。因此，在軟巖的通過了解巷道和支持理論和方法深入研究的基礎(chǔ)上，采取合理、有效的技術(shù)支持與錨網(wǎng)和錨系統(tǒng)，設(shè)計合理的支護參數(shù)，以減少巖石破裂行為，維護深埋巷道圍巖的穩(wěn)定?；诘貞Φ难芯款I(lǐng)域和深層巖石巷道的支持，支持方法的高滲透壓力的影響，高地應力和穩(wěn)定的溫度梯度煤礦深部巖石巷道的圍巖穩(wěn)定性提出了劉全生等。通過實驗和理論分析，發(fā)現(xiàn)使用的方向布+錨和圍巖潛在的滑動面，和最初的超高強度螺栓錨，然后采取注漿加固，能量釋放和其他輔助措施更有效控制圍巖的穩(wěn)定性。Chunlai，研究金屬礦業(yè)的影響在地上，和深部開采巷道支持材料及其應用進行了進一步探討和分析一系列的鋼纖維混凝土的物理和力學性能，并結(jié)合損傷理論推導演化方程，建立結(jié)構(gòu)模型，最終實現(xiàn)了良好的效果在兩個理論計算和測試數(shù)據(jù)。Jiachen，非常軟煤層巷道的機制及其預防和控制進行了研究，并有效的方法防止等電影兩個方面：一是增加煤炭的剪切強度的身體；二是降低煤壁的壓力。幾項措施可以采取上述兩種方式的礦業(yè)煤層放頂煤開采過程，合理的注水等。

4 能量平衡理論應用于厚煤層軟巖巷道支護技術(shù)

基于能量守恒原則，能量支護理論被提出，其主張運用到煤層巷道中的實踐就是：對巖體的開采總是伴隨著能量的輸入、聚集、輸出過程，巖石地下工程的支護也要隨著變化，才能使能量處于動態(tài)平衡。在煤層巷道內(nèi)利用支架等支護設(shè)備對圍巖能量進行釋放，最終完成能量守恒。這就解決了當工程開挖作業(yè)時，能量一旦出現(xiàn)失衡狀態(tài)，厚煤層軟巖層及其圍巖就會出現(xiàn)巷道變形情況。能量平衡理論要求在煤層巷道內(nèi)部，調(diào)整支護設(shè)計、二次支護和優(yōu)化弱面支護結(jié)構(gòu)來改善深部高地應力軟巖巷道支護狀況。

4.1 調(diào)整支護設(shè)計

支護設(shè)計的調(diào)整主要是滿足煤層巷道與巖體受力的平衡。周圍巖石處于與人為因素無關(guān)的應力場，開挖以后，巷道周圍巖石則近似處于二向應力狀態(tài)。支護物承擔巖石所積聚的能量釋放，其沿著支護方向傳輸應力，從而達到能量的傳遞和平衡，較好的完成支護任務。

4.2 調(diào)節(jié)支護結(jié)構(gòu)

巷道支護剛度小，其支護受力也相對減小，巷道周邊徑向位移的情況就會嚴重，加之巖體層越軟，圍巖特性曲線越向外移動，巷道變形就越嚴重。在變形過程中，總的能量沒有變化，圍巖釋放一些能量，支護就吸收一些能量。改變支護結(jié)構(gòu)，支架能自動調(diào)整圍巖釋放能量。雖然市面上可塑性支架都具有調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的功能。但是錨噴支護是柔性和可塑性最好的一種支護設(shè)備，能夠更好地自動調(diào)整圍巖釋放能量。

4.3 二次支護

由于巷道內(nèi)的應力釋放時間較長，往往在第一次支護結(jié)束后，因為巖體的彈塑性。加之有可能遇到斷層、破碎帶等特殊地質(zhì)變化帶，出現(xiàn)特別松軟的煤層和巷道淋水等情況，巷道可能還會發(fā)生變形，這決定第一次支護效果往往是不理想的。厚煤層巷道極易出現(xiàn)頂板破碎和下沉的情況。巷道在開挖后受到應力作用下所積聚的能量將釋放，作用在巷道的支護結(jié)構(gòu)上。當進行二次支護和二次支護以后，巖體就會表現(xiàn)出明顯的流變性。施工人員必須對巷道進行二次支護，其目的就是使圍巖由蠕變狀態(tài)發(fā)展為穩(wěn)定狀態(tài)。二次支護需要在錨固區(qū)邊界處提供的徑向穩(wěn)定應力大于或等于非錨固區(qū)在錨固區(qū)邊界處所需的徑向應力，這需要很大強度的工程。只有這樣才能滿足厚煤層巷道長期使用的要求。

4.4 選擇優(yōu)化支護系統(tǒng)

在選擇優(yōu)化支護系統(tǒng)時，我們先比較三種錨桿支護能力。從《三種錨桿支護巷道表現(xiàn)位移統(tǒng)計表》中觀察可知：三種支護形式對巷道頂板和兩幫的支護效果差別大。強力錨桿和錨索支護段的頂?shù)装逡平?、頂板下沉量小，其兩幫移近量也比較小，強力錨桿很好地控制了巷道圍巖變形，具有顯著的優(yōu)勢和應用價值。在實際操作用中，全螺紋鋼錨桿支護段錨桿受力變化最為顯著，安裝受力較小，安裝后達到強度極限時甚至出現(xiàn)斷裂情況。而高預緊力錨桿的強度和剛度較大，高預緊力有效控制了煤層巷道頂板的離層和兩幫位移，滿足對巷道安全支護，避免巷道發(fā)生大的變形和塌陷。

5 結(jié)語

在分析我國煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀后，可以看出我國煤炭行業(yè)的發(fā)展進入深水區(qū)。由于開采深度不斷加深導致在煤炭開采中出現(xiàn)巷道變形和塌陷的現(xiàn)象，這嚴重影響地下作業(yè)的安全。基于能量平衡理論的深部軟巖巷道支護技術(shù)為我們更好的解決深層煤炭作業(yè)中出現(xiàn)的安全事故問題。

參考文獻：

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