淮南矿区深部岩巷支护面临问题及对策.docxVIP

淮南矿区深部岩巷支护面临问题及对策.docx

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淮南矿区深部岩巷支护面临问题及对策

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摘要:文章对淮南矿区深部地压特征、深部岩巷支护的原支护现状及存在问题进行了分析、总结,介绍了淮南矿区目前深部岩巷地压治理措施,深部岩巷支护的总体思路及对策,同时提出了深部岩巷支护中值得关注的几个问题。

关键词:深部;高地应力;支护;预应力;锚杆

0引言

淮南矿区是国家大型优质煤炭生产基地之一,随着高定位技改工程完工和新建矿井的逐步投产,2005年生产能力达3140万t/a,2010年生产能力将达8000万t/a,2015年生产能力将达到9000万t/a。目前大多数矿井都已开拓延伸到了地下800m左右的深度,有的矿井正在向900~1000m深度延伸,矿区地质条件复杂,断层构造多,水平向地应力大,软岩遇水会膨胀,深部岩层裂隙发育。围岩刚开挖出来时较为坚硬,不久即风化变软。不少岩层富含水,个别钻孔涌水量可达7~8m3/时。巷道穿越煤层时地压显现就更突出。随着开采深度的加大,地压显现更为严重,支护难度日益增大。某些巷道采用架棚和砌碹支护,三个月就压坏了;有的巷道采用29U型钢支护,代价高而效果亦不理想。近几年有些巷道采用锚注(注浆锚杆)支护,效果较好,但也存在许多问题。比如如何选择注浆参数,漏浆封堵,遇泥岩注不进浆等问题,以上问题在淮南矿区具有典型性和代表性。

1深部的地压基本特征

深部岩石处于高围压、高温度和高孔隙压力的环境,因此,岩石的力学行为与浅部岩石的力学行为有很大的不同。

(1)岩石强度特征。岩石的强度随深度的增加而有所提高。对于强度高、厚度大的坚硬顶板砂岩,更容易发生岩爆。

(2)岩石变形特征。岩石的脆性-延性转化性质,岩石在浅部表现为脆性,在深部则很可能转化为延性,岩石的剪涨或扩容现象不明显。

(3)岩石破坏特征。随着开采深度的增加,岩石的力学特性由浅部的脆性破坏转变为深部的塑性流变破坏。

(4)随深度增加,渗透压增加。随深度增加,岩体的围压加大,则岩体的渗透性表现出明显的区别。当煤层处于封闭状况时(即未对煤层进行开采),煤层中瓦斯含量随深度的增加而增大。

2淮南矿区深部岩巷支护现状

目前淮南矿区大部分矿井在-720~-812m水平均处于开拓延伸阶段,主要是井底车场及其附近的石门巷道施工阶段。从支护的形式上来看,深部岩巷的一次支护主要采用锚杆+喷射混凝土支护和U型钢支架支护,当巷道出现变形过大以致严重破坏时,采用外套U型钢支架+壁后注浆修复或壁后注浆修复+补打锚杆(锚索)修复。深部岩巷变形破裂的最主要形式是两帮或某一帮收敛变形过大导致喷射混凝土衬砌破裂或U型钢支架严重弯曲甚至扭曲变形,某些地段也出现了顶底板收敛变形过大,甚至顶底板和两帮收敛变形均过大的情况,紧挨衬砌300~500mm厚范围内的岩体因变形过大、节理裂隙严重扩展发育导致碎裂。

在各矿观察到的一个普遍现象是:在喷射混凝土衬砌出现了严重收敛变形而破裂的部位,喷层与锚杆尾部垫板脱离(喷层外突,锚杆垫板内陷),说明尽管巷道围岩和衬砌出现了大变形,但锚固剂的粘结作用并未失效,锚杆与深层岩体之间仍然连为一体。在各矿观察到的另一个普遍现象是所有巷道均出现了不同程度的底鼓,有的矿底鼓非常严重。上面提到的几种巷道围岩和衬砌严重变形破裂的情形在各矿均有不同程度发生,其中最为严重的是新庄孜矿。由于受围岩和衬砌严重变形破裂的困扰,该矿-812m水平在过去10年里仅掘进了约1000m巷道;每条巷道支护后1个月就需翻修,每隔1~2个月需重复翻修1次,一年中需翻修多次。

此外,各矿岩巷光面爆破均不够理想,巷道成形不够规则,岩面凹凸不平;绝大部分(70%以上)锚杆的锚尾垫板均未能与岩面紧密接触,因而锚杆对围岩的支护作用主要靠粘结段锚固剂与岩体的粘结和摩擦来提供,所以对围岩实际的加固作用远远达不到应有的效果,几乎没能起到调整围岩受力状态的作用。因而,绝大部分巷道在深部高地应力作用下均出现了不同程度的变形破坏;支护体强度低,锚杆预应力小和杆体强度低是造成支护体强度低的主

要原因。在锚杆承载能力及预应力普遍非常小的情况下,锚杆支护对于巷道周边应力场的影响很小,基本上可以忽略不计。这是因为巷道开挖出的一瞬间,巷道围岩的弹性变形已基本完成,对于脆性特征明显的深部岩体会出现开裂、离层、滑动、裂纹扩展和松动等现象,使巷道表面围岩强度大大弱化。如果刚开挖出的巷道安装了未施加预应力的锚杆,由于锚杆极限变形量远大于围岩的极

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