軟巖巷道圍巖強化支護技術(shù)簡介

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1、軟巖巷道圍巖強化支護技術(shù)簡介2007-01-1717:24:05中國礦業(yè)大學(xué)教授張農(nóng)1.引言淮北礦區(qū)長期致力于軟巖巷道地壓治理工作，特別是1999年以來煤巷的系統(tǒng)攻關(guān)根本改變了煤巷依賴于棚式支護的狀況，解決了大量典型條件下煤巷錨桿支護技術(shù)問題，開展了分類研究，形成了較為合理的支護方案和參數(shù)，并在2003年初步形成了煤巷高強預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿成套支護技術(shù)體系。2004年以來在南部5個礦復(fù)雜煤巷綜合治理研究中又總結(jié)出大傾角高幫控制技術(shù)、鋼絞線預(yù)拉力桁架系統(tǒng)在復(fù)合頂板及松散煤幫的應(yīng)用技術(shù)、圍巖泥化過程中錨桿支護的

2、適應(yīng)性及控制技術(shù)、新型化學(xué)注漿加固圍巖的應(yīng)用等一批新技術(shù)，進一步豐富和推動了礦區(qū)煤巷錨桿支護技術(shù)。2006年高強錨桿支護系統(tǒng)及新型錨架組合支護在朱仙莊礦二水平上山軟破巖體段的應(yīng)用性試驗取得階段性成功，推動了南部礦井軟巖巷道的治理工作。在這一不斷推進的礦區(qū)支護工程實踐中，科學(xué)的支護理念在潛移默化地變革，傳統(tǒng)的靜態(tài)的設(shè)計思想、局限在掘進頭的支護理念逐漸被拋棄，單一支護在軟巖巷道治理中的局限性一再地被證實，大斷面、高能效組合支護、“個性化”針對性設(shè)計等科學(xué)的動態(tài)的過程控制的新設(shè)計理念正在影響著支護工作涉及到的

3、安全、技術(shù)、管理等各個方面，復(fù)雜條件巷道的動態(tài)穩(wěn)定理論初步形成，深井高應(yīng)力軟巖及煤巷強化支護技術(shù)和分步加固的施工過程控制技術(shù)開始實施。但從另一方面看，礦區(qū)支護技術(shù)水平處在一個技術(shù)的平臺期、穩(wěn)定期，剩下的問題解決難度大，新提出的問題技術(shù)上有很大挑戰(zhàn)，特別是部分南部礦井軟巖巷道維護期短，修復(fù)工作量大，制約安全生產(chǎn)，需要采區(qū)新的措施，注入新的激情，才能取得新的突破。在這個大背景下，結(jié)合行業(yè)支護技術(shù)的發(fā)展變化趨勢談些體會，作為生產(chǎn)部領(lǐng)導(dǎo)發(fā)言的補充。2.強化支護技術(shù)體系2.1強化支護的概念強化支護通常是指支護材料

4、規(guī)格的加大、材質(zhì)的改性、力學(xué)性能的提高等。這里進一步拓展到三個方面：1)錨桿等支護手段的強化，包括技術(shù)手段的升級和創(chuàng)新。高性能預(yù)拉力錨桿向超強錨桿方向發(fā)展。2)圍巖強度的強化：錨桿支護可以提高錨固體破壞前和破壞后的力學(xué)參數(shù)，改善被錨固體的力學(xué)性能，實現(xiàn)對不同性態(tài)及破裂程度的巖體強度的直接提高，或通過提高徑向應(yīng)力及應(yīng)力在徑向的增加速度，促使圍巖由2向應(yīng)力狀態(tài)向3向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，從而達到提高圍巖強度的目的。3)承載結(jié)構(gòu)強化：針對層狀賦存特點、巖體不均衡性產(chǎn)生的弱化區(qū)補強，促成圍巖承載結(jié)構(gòu)的形成或強化，包括含

5、弱面或軟弱夾層的頂板離層控制，幫角巖體破壞區(qū)、軟弱煤體、開放的底板等采取加固措施。強化支護是在高阻讓壓的支護原則下分步實施，在分步實施過程中讓壓變形。強化支護思想是隨著支護材料、機具和工藝的進步而逐漸形成的，二十世紀八十年代以來，高強預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿支護技術(shù)在國內(nèi)外獲得廣泛的應(yīng)用，就是以錨桿桿體材料和樹脂錨桿技術(shù)、施工機具的進步為基礎(chǔ)，實踐證明在不斷探索軟巖支護機理的同時，通過支護手段的創(chuàng)新、升級常?？梢越鉀Q很多實際問題。2.2基于強化支護的巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)體系包括三個方面：支護手段的強化、圍巖強度的

6、強化和圍巖承載結(jié)構(gòu)的強化。2.2.1錨桿及配套支護手段的強化這里特別強調(diào)錨桿預(yù)拉力（初錨力）的大小對巷道圍巖穩(wěn)定性具有決定性的作用，在水平應(yīng)力條件下巷道表面的剪切破壞是不可避免的，而預(yù)拉力錨桿可以有效提高圍巖整體的抗剪強度，阻止其破壞向縱深發(fā)展，并形成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。采用高性能預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以有效改善深部巖巷圍巖變形，改善巷道周邊圍巖應(yīng)力分布，提高其穩(wěn)定性，同時發(fā)揮錨桿的主動支護作用和其本身的強度和剛度來維護巷道圍巖的穩(wěn)定。錨桿強化技術(shù)應(yīng)注意以下問題：1）錨桿支護系統(tǒng)整體強度要高，在選擇錨桿桿體強度高的同時要

7、求其附件也同樣要具有高的強度和穩(wěn)定性，同時在錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計上要考慮到能夠充分發(fā)揮高強度錨桿的支護作用。超強桿體、超大托盤、超強大扭矩阻尼螺母是實現(xiàn)大扭矩安裝、提高錨桿承載性能的關(guān)鍵因素，配合氣扳機可以實現(xiàn)50~100kN的預(yù)緊力，并保持高荷載的工作狀態(tài)。采用等強度加工技術(shù)保證錨桿桿體強度不會因加工而損失其強度。2)鋼帶、網(wǎng)等支護材料的剛度倍受關(guān)注，高強塑網(wǎng)、鋼塑復(fù)合帶、冷拔電弧網(wǎng)等高強度高剛度護表材料可以解決軟破巖體的網(wǎng)兜現(xiàn)象，提高支護的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防治錨桿松弛、錨固失效。3）錨固方式必須牢固可靠，提

8、高錨桿錨固力的可靠性，使錨桿的錨固力大于錨桿桿體的破斷荷載，保證錨桿支護強度不因錨固方式而受影響。4）與之配套的f18~22大直徑錨索的應(yīng)用。不僅提高了錨索的破斷力，為施加高預(yù)緊力創(chuàng)造條件，而且解決了“三徑”匹配問題，保證了安裝的可靠。5)與之組合的U型鋼可縮支架承載性能必須相應(yīng)提高?；瑒佣蔚木毤庸ぁ⒏邚姼咦柘尬豢ㄌm及壁后充填技術(shù)是實現(xiàn)U型鋼支架高阻讓壓可縮的關(guān)鍵。提高支護產(chǎn)品技術(shù)性能的主要途徑是研究新產(chǎn)品、新結(jié)構(gòu)，使其適應(yīng)煤巷破碎圍巖條