深部軟巖巷道動壓支護探究

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1、深部軟巖巷道動壓支護探究　　中圖分類號：P57文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007-0745（2013）09-0026-01摘要：大采深煤礦在我國具有一定的發(fā)展前景。基于我國在深部動壓下巷道支護方法上的探索，通過對國內(nèi)外深部動壓下巷道支護方法現(xiàn)狀的分析，指出了動壓下巷道支護方法的發(fā)展方向，探討了動壓下巷道支護方法存在的關(guān)鍵技術(shù)難題。對動壓下巷道支護提出了幾點認(rèn)識。關(guān)鍵詞：大采深軟巖巷道支護前言目前我國的煤炭資源賦存在1000m以下的為2.95萬億t，占煤炭資源總量的53%。預(yù)計大約在未來20a我國很多礦井將進入到1000～1500m的深度。比如趙各莊礦開采深度已達-1100～-1150m，某

2、礦目前的開采水平為-960m。國內(nèi)外的經(jīng)驗都表明，隨著開采深度的增加，地應(yīng)力增大、地溫升高、涌水量等地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜性加大，將導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境惡化和重大惡性事故增加等一系列問題，為深部礦井開采均提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。本論文通過對國內(nèi)外深部軟巖巷道支護現(xiàn)狀的分析，提出深部軟巖巷道支護技術(shù)的發(fā)展方向。對我國深部礦井安全高效開采有重要意義。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀61）國外研究現(xiàn)狀Fenner、Kastner、Talober等人提出的理想彈塑性模型，假設(shè)巖體服從摩爾-庫侖屈服條件，分析計算了圍巖的應(yīng)力，推導(dǎo)出目前工程上廣泛用來求圍巖彈塑性區(qū)應(yīng)力和彈塑性區(qū)半徑的卡斯特納(Kastner)方程。Cundall提出并發(fā)

3、展了離散單元法，現(xiàn)今已出現(xiàn)二維和三維的可變形離散單元法及考慮動荷載的動力離散單元法。2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀蔣斌松和張強采用非關(guān)聯(lián)彈塑性分析，獲得了應(yīng)力和變形的封閉解[8]，并分析了破裂范圍對圍巖應(yīng)力和應(yīng)變的影響。為解決巷道開挖過程中的圍巖變形、破壞和控制問題，蔣金泉、劉傳孝運用FLAC、李宏業(yè)運用ANSYS、張后全、唐春安運用RFPA2D、姜耀東等眾多學(xué)者做了大量的研究工作并取得了豐碩的成果。EverlingG、陸士良等模擬研究了巷道在先開挖支護后加載條件下的破壞情況。2巷道圍巖變形、破壞影響因素巷道維護的難易程度取決于圍巖的變形。巷道圍巖的變形也是礦山壓力顯現(xiàn)的主要表現(xiàn)形式，深部動壓巷道的圍

4、巖變形受到各種各樣的因素影響，其主要因素有:自然因素1）圍巖性質(zhì)6圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)決定著巷道的變形和破壞。表征圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)的主要因素包括巖體的彈性模量、單軸抗壓強度、殘余抗壓強度以及巖體的內(nèi)摩擦角等，一般來說，物理力學(xué)性質(zhì)越穩(wěn)定，巖體的單軸抗壓強度和內(nèi)摩擦角也會越大。2）地質(zhì)構(gòu)造巖層中包含的層理、節(jié)理及斷層形成的弱面結(jié)構(gòu)，使圍巖巖體本身的各項強度都降低。因而，在地下受到構(gòu)造應(yīng)力的影響，圍巖產(chǎn)生強烈的變形。弱面容易產(chǎn)生離層，并受重力作用，較易發(fā)生冒落。3）巷道埋藏深度圍巖的穩(wěn)定性受到礦井深度的影響。隨著采深的增加，圍巖的應(yīng)力超過自身的強度就會發(fā)生劇烈變形，塑性區(qū)向圍巖的深部延深，隨

5、著塑性區(qū)的擴大，塑性區(qū)內(nèi)的巖體強度降低，巷道就處于失穩(wěn)狀態(tài)。4）巖層傾角巷道的變形和破壞特征，隨著巖層的傾角變化而變化。傾角較小的巖層中，巷道頂板通常產(chǎn)生對稱下沉，巷道兩幫的變形均勻。傾角較大的巖層中，會產(chǎn)生非對稱的下沉，并且巷道的兩幫變形量大于頂板。5）水的作用軟化現(xiàn)象可以使巖石的強度降低。泥質(zhì)類軟巖容易產(chǎn)生各種軟化現(xiàn)象，圍巖容易產(chǎn)生大的塑性變形。6開采技術(shù)因素1）巷道爆破方式采用鉆眼爆破法，該方法會使圍巖產(chǎn)生松動圈，尤其是強度較小的圍巖，最大松動圈能夠達到1.5m，松動圈的產(chǎn)生破壞了圍巖的整體結(jié)構(gòu)，使圍巖強度進一步降低。2）護巷煤柱尺寸護巷煤柱的尺寸是一個重要的影響因素。它的參數(shù)決定

6、著巷道巷道側(cè)向和傾向的支承壓力。沿空掘巷相對于留窄煤柱來說，它的圍巖變形量會更小。3）巷道開掘面積巷道的面積越大，破碎區(qū)的范圍也會越大，因而圍巖的位移也越大，圍巖的位移受巷道斷面面積的影響較大。4）采煤工作面采高及頂板巖層結(jié)構(gòu)由于采煤工作面不斷往前推進，其后方頂板巖層大面積冒落，在采煤工作面前后方形成很高的支承壓力，采煤工作面前方的移動支承壓力引起回采巷道的嚴(yán)重變形，其礦壓顯現(xiàn)的強烈程度不僅取決于巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)，還取決于采煤工作面的采高和頂板巖層結(jié)構(gòu)。5）支護阻力6巷道支架是控制巷道圍巖變形和維護好巷道的重要手段，巷道支架能否有效的控制巷道圍巖變形，主要在支護阻力。一般來說加大支護阻

7、力可以抑制圍巖極限平衡區(qū)的發(fā)展、減小圍巖變形量，但支護阻力也不能無限制的增大。3、動壓巷道變形破壞特征及支護原則巷道在采動的影響下，巷道圍巖塑性區(qū)增大，巷道圍巖變形量增大，巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈。原本趨于穩(wěn)定的巷道圍巖，往往表現(xiàn)出大變形和難以維護的特點。原來的支護體系會遭到嚴(yán)重的破壞，圍巖擠出量大，巷道片幫和底鼓都比較明顯。支護原則（1）軟巖巷道支護要“對癥下藥”，根據(jù)構(gòu)成的軟巖巷道的復(fù)合型變形力學(xué)機制類型采取相應(yīng)的措施。（2）軟巖巷道支