巷道支护技术.

深井巷道锚喷支护技术山东科技大学矿山工程研究所中煤学会矿井建设专业委员会委员中煤协会支护专业委员会专家组成员手机：[phone]王明远教授一、深井概述1、深井的概念目前一般认为:垂深＜400m浅矿井;400～800m中深矿井；800～1200m深矿井；≥1200m超深矿井；在相同的地质条件下，巷道埋藏越深，支护越困难。2、深井带来的问题（1）应力高：自重应力通常大于18MPa；近期测试的深井巷道水平应力多大于垂直应力，最大水平应力达42MPa。有些深井常发生岩爆现象，开采中形成冲击地压。（2）地温高：一般达32～46℃，个别高达50～70℃。（3）渗透水压力大：深井水相互贯通，渗透压达7～8MPa。（4）瓦斯涌出量大：煤层瓦斯在高压高温作用下，从煤层中溢出，危害矿井安全。3、巷道埋深与稳定的关系根据矿井调查和实践研究统计分析，当围岩单轴抗压强度在40～60Mpa的中硬岩中，拱形巷道断面12～20m2条件下，采用常规的锚网喷支护形式：锚杆规格Ø(16～18)×(1800～2000)mm的MSGLW-335无纵肋螺纹钢树脂锚杆，间排距800×800mm；Ø4mm钢筋网，网格100×100mm；喷射100mm厚的C20混凝土的支护结构形式时，巷道埋深与变形情况如表1所示。序号巷道埋深(m)巷道变形及破坏情况治理改进方案1＜400m巷道基本稳定，使用一年后，局部有微小裂缝，位移量不大于20mm，不影响使用；但遇断层破碎带、水平应力大于垂直应力或受采动影响的地段出现变形、破坏，需要修复。除个别破碎岩层、破碎带外，一般不需修复或加固。2400～600m两帮底部开裂，位移量30～50mm，有少量底臌，沿拱顶或两肩呈片状或条带形剥落，局部冒落露出原岩。破坏量约占20～30％，需修复。一般采用清除破坏部位，补打锚杆、挂网喷浆。对压力大的地段应注浆加固。3600～800m底臌、底脚内移，水沟挤裂，巷道顶部两肩部开裂，甚至冒落。30～50％的巷道需要返修，否则难以正常使用。以上支护结构、参数需调整，应加锚索、锚梁或配合注浆加固。4800m上述支护结构很难有效，应加强矿压观测、地应力测试等研究工作，调整支护参数、结构形式和工艺过程。专项研究，预防在前。巷道变形大时及时调整支护设计或采用高强预应力锚杆、锚索、注浆锚杆延后加固。表1巷道埋深与变形情况统计表二、影响巷道稳定的因素1、客观因素（1）围岩性质围岩性质包括岩石性质和岩体性质。①岩石性质：主要是强度指标(Rc)；②岩体性质：层理、节理和裂隙等。（2）岩层物相：产生膨胀、蠕变、流变的矿物成分，如蒙托石、伊利石、高岭石的含量。（3）地应力与地质构造（4）地下水（5）地温：如龙固、赵楼矿高达42～48℃。2、主观因素（1）巷道布置与开挖顺序（2）巷道断面形状和尺寸（3）巷道支护材料与参数（4）支护结构形式（5）施工工艺与质量三、控制巷道围岩的主要途径1、加固围岩（发挥围岩自身强度）（1）基本原理①“先抗后让，强支弱护，保持完整，减少松动”；②“内实外松，近压远拉，环带连续，异体胶结”。（2）主要支护形式：锚、网、喷、索、梁、注。（3）主要支护材料①锚杆及配件：高强、预应力、缓压、精加工、拱形托盘、转动垫圈、长锚固段。杆体强度KMG500以上的钢材，Ф≥22mm，L≥2m，锚固端≥600mm;延伸率2～3%。（见图1高强预应力锚杆）高强高预应力让压锚杆——让压前图片预应力让压锚杆——让压后图片图1高强高预应力让压锚杆结构图（美国济宁捷马公司产品）②合理参数：（3）锚索：Ф≥17.78mm，预应力≥150kN，最大承载力≥320kN，长度一般为4～8m，锚固端长≥1200mm。加固重点是巷道两肩的应力集中带。（4）锚注加固：①加固带=1～1.5倍锚固带；②注浆，水泥浆为主；③注浆锚杆。（图2、3）0.6~0.5锚杆屈服强度预应力0.8~0.6杆体破断力轴向抗拉力0.5~0.4锚固力预紧力0.38~0.25锚杆长间排距密度图2注浆锚杆结构图图3高压注浆锚杆结构图2、应力转移（卸压）（1）反底拱；（2）让压带、让压层；（3）卸压巷；（4）卸压槽；（5）卸压钻孔；（6）爆破松动。3、锚喷支护巷道稳定的五个系统（1）设计系统——支护结构形式、参数、合理性。（2）设备系统——钻、装、喷、注设备。（3）材料系统——材料、质量、特性。（4）施工工艺——顺序、过程、管理。（5）标准与检测——标准定位、评价、检测机具与方法。四、锚喷技术要点1、光面爆破光面爆破是基础，是锚喷支护的前提。光面爆破的要点：（1）钻孔质量：平、直、齐。（2）炮眼布置：掏槽效果，周边眼距离与最小抵抗线比值，E/W=0.8~1为最佳范围；即周边眼0.4m，最小抵抗线0.5m。（3）装药量：周边眼为辅助眼的1/2~1/3。f=4~6，装1~2块。（4）不耦合系数：炮眼直径/药卷直径=1.68~1.9为最佳范围。（5）起爆方式：最好是预留光面层起爆，即：一次起爆到二圈眼;周边眼（光面层眼）第二次单独装药一次起爆。2、锚杆支护（管理严格）（1）材料（2）参数（3）工艺及原理（4）维护、卸压3、喷射砼支护（1）材料、配合比（2）工艺与操作（3）质量要求4、锚喷支护技术管理（1）事前控制——材料检验、措施、人员培训、制度。（2）事中控制——机械、工艺、操作、检查。（3）事后控制——标准、验收工具、方法、补充措施。5、国内外锚喷支护发展趋势（1）机械化、安全、钻装机、让压锚杆。（2）高强、高预应力支护技术。（3）抗让结合，卸压原理研究。五．深井巷道支护加固实例1、实践矿井概况序矿井产量（万t/a）埋深（m）地质特征治理方法及效果1唐口矿3001029高应力松软碎涨泥岩将3000m破坏巷道加固已稳定3年2济西矿45508强风化基岩、泥化、碎涨严重硐室开裂后加固已稳定2年3彭庄矿45462.5高渗水、极薄松碎泥页岩监控预防为主，已生产2年4龙固矿600844.8高温、高渗水泥岩，粉砂岩、细砂岩互层监控预防为主，已进入采区5赵楼矿300905泥岩、粉砂细岩互层，裂隙发育、高渗水监控预防为主，车场已完成6枫嵩矿45510松碎泥岩，大裂隙结构U型钢支护变形严重，已修复7郭屯矿240853大涌量、高压渗水碎涨泥岩、细砂岩互层监控预防为主，进入车场2、唐口矿研究治理方案（1）巷道、硐室破坏情况（如图4～7所示）图4唐口矿巷道拱肩部位变形开裂图5唐口矿巷道底臌1.2m图6唐口矿大巷底角锚喷网支护后开裂图7唐口矿泵房40#工字钢梁发生弯曲（2）主要加固方案图8唐口矿泵房加固结构图（无泵基础）图9唐口矿胶带机头硐室加固结构图12345876①锚注及平面锚索桁架②注浆锚索及锚梁③反底拱梁④防水让压层（3）主要加固形式（4）加固效果（如图10～12所示）图10唐口矿中央水泵房平面锚索桁架加固治理后状况图11唐口矿变电所锚索梁加固治理后状况图12唐口矿大巷加固治理后状况（5）新掘巷道预案机制①抗—让—卸—固②抗—让—防3、济西矿研究治理方案（1）巷道、硐室破坏情况（如图13～15所示）图13济西矿巷道底臌破坏图图14济西矿巷道围岩挤压变形后断面缩小图15济西马头门钢筋混凝土开裂（2）加固方案250050002500600250018006004700500600150123456712111098图16济西矿马头门及其连接部分加固修复图①高强锚杆②注浆锚索③注浆锚杆图17济西矿断面马头门连接部锚注法加固结构布置图（3）预案机制及效果（如图18～20所示）图18济西矿马头门开裂变形及加固情况图19济西矿马头门浇灌混凝土段加固后的情况图20济西矿锚喷巷道加固情况4、彭庄矿研究治理方案（1）巷道、硐室破坏情况图21彭庄矿大巷岩层结构情况（2）矿压观测（3）预案机制（4）主要方案及效果①硐室煤层置换技术；②高强锚杆、锚索、锚带技术5、枫嵩矿研究治理状况（1）U型钢支护变形、底臌严重；图22枫嵩矿U型钢支护巷道变形情况（2）治理方案及效果6、龙固、赵楼、郭屯矿预案研究（1）岩层及工程概况图23赵楼矿贯通段破坏情况（2）深井巷道围岩控制方案①地质构造分析和地应力测试；②岩层物相化验分析；③多波地震超前地质探测（见图25）；④巷道收敛变形监测，锚杆、锚索受力测试；⑤围岩应力、应变监控系统；⑥工程跟踪监测预案，支护结构优化设计。图24龙固矿多波地震超前地质探测六、总结1、一次加固，防止离层大变形支护结构形式；2、高强、预应力、让压支护材料；3、加强现场原位测试，按客观条件及时调整支护方案与参数；4、找准变形量与时间关系曲线，及时采取锚注等有效的加固措施，（见图25）；5、抗的有力，让的适度，卸的合理，注的牢固。图25某矿区800～1100m巷道围岩变形曲线1—脆性硬岩；2—中硬岩；3—塑性岩层谢谢！单位：山东科技大学地址：山东省泰安市岱宗大街223号电话：0538-62276583076668电子信箱：[e-mail]手机：137053896162008-7-22