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在深埋高压力软岩环境中的巷道支护技术

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  【勘探毕业论文——在深埋高压力软岩环境中的巷道支护技术】

  摘要:普通锚喷支护不能解决的问题是在深埋高压力软岩环境中的巷道支护。主要原因如下:1.围岩自承的支护层厚度太小,2.初始刚性支护力太大,3.围岩表面的粘结能力差和喷射混凝土结构层不合理,4.在深埋高压力软岩环境中对巷道进行一次锚喷支护的方法是很不合适的。根据事例,采用锚喷、锚网、锚梁进行二次联合支护的方法,能够有效的解决以上问题。

  关键词:深埋软岩、 高压力、 巷道支护、 联合支护

  1. 引言

  随煤矿深度的增加和高压力的影响,在深埋岩层中巷道的煤矿的矿压力大大增加了,普通锚喷支护的方法在这种情形下明显不被采用,这样煤矿的安全便成为一大难题,主要原因在于支护手段的失效,本论文通过一个工程事例来研究其中的对策。

  2. 在一般情形下的事例

  有一条巷道位于 和 煤层之间,长为800米,埋深为1050米,开挖深度为-920米,岩性为砂岩,在巷道东边探明有一个相对较宽的向斜,这种结构所能承受的力很大,大约为 。巷道的断面形式为直墙半圆拱形,采用 厚的喷射混凝土作为临时支护和锚喷作为永久支护,被用于支护的U25型钢产生屈服而使支护系统破坏。永久支护的概述如下:

  锚杆:端部灌浆树脂锚杆,直径为 ,长为 ,间距为 。

  钢筋网: , 钢丝网,网间距为 。

  混凝土:普通硅酸盐水泥,水泥强度等级为C150,厚度为 。

  用此种支护方法进行支护,在巷道被开挖120米长时,两个月后巷道才出现很大的变形,此时巷道的宽度从 减少到了 ,并且底板隆起近 ,锚喷支护结构产生滑移并且一些锚杆被破坏。

  3. 分析

  根据研究,导致巷道支护坡坏的原因被述叙如下:

  (1)围岩自承的支护层厚度太小。在普通的支护方法中,采用端部灌浆树脂锚杆,自承层的厚度大约为0.6米,它比起整个锚杆的长度来太小。围岩的压力很难被抵挡住而且还有一些抗力则被浪费在锚杆上了。

  (2)初始刚性支护力太大。开挖后,产生围岩压力和变形的重分布,因而来自围岩的压力是很大的。刚性支护结构的抗力要大一些,荷载的压力也会大一些。在围岩支护结构和围岩压力之间最终有一定的关系。在开挖初期,为了适应围岩变形大而快的特性上部支护结构的刚度也要大一些,因为不连续的支护形式和围岩变形将能导致巷道破坏。

  (3)围岩表面的粘结能力太差。在高压力和结构应力的影响下,支护结构的变形首先出现在比较松软的区域,此时岩石的松弛和缺陷形成为破碎带,破碎带的发展导致自承层的破坏。在深埋高压的软岩巷道中,当采用普通的锚喷支护时,混凝土结构的强度相对较低。断裂面的发展与局部破坏使混凝土的粘结能力不会很强,此时围岩则已经破坏。

  (4)用锚喷支护作为一次永久性支护结构的方法。在深埋高压的软岩巷道中没有被采用过。高压和连续变形是深埋巷道开挖后基本特征,因而很难一次性支护,一次锚喷支护破坏后,采用U型钢支护将会导致支护材料和巷道有效空间的浪费。

  (5)不封闭的支护结构不适用于深埋高压的软岩巷道,在深埋高压的软岩巷道中,围岩的相对变形很大,在底板没有进行处理时,采用不封闭的支护方法进行支护将产生很大隆起,当底板开裂后,更多的松弛则出现在边墙上,此时边墙的根部被破坏,因而使整个巷道也被破坏。

  (6)不合理的锚喷支护,在一些情况下当采用锚喷的方法进行支护时,首先是安装锚杆和锚网,之后再喷射混凝土。因此,锚喷网被安置在混凝土的底部,它的作用是抗拉,而混凝土则被限制而抗压。

  (7)巷道的断面形式必须与高压力的情形相适应,在深埋巷道中,自从侧向压力相对变大后,边墙的变形也会相对增大,顶部的稳定性也会受到影响。

  4. 解决方案

  根据上面的分析,在深埋高压的软岩巷道中,普通的支护方法不能解决其支护问题。信息法施工的方案应该相应的被采纳。

  (1)围岩表面的粘结能力必须被加强,以防止破碎面从围岩内部发展。例如,加强钢筋网的支护强度或在破碎带安装锚固梁能够满足要求。

  (2)二次支护的方法应相应的被采纳,在深埋高压的软岩巷道中,初始变形以很快的速度达到最大值,因此支护结构必须相对松弛,在初始阶段,通过对未破坏巷道的预处理,大的变形被允许用来释放一部分能量,但必须控制过大的变形。所以在之后的阶段,支护结构必须具备足够的强度和刚度,在二次支护阶段,增加锚杆锚网的强度,例如增加锚杆强度或安装支撑梁和条形钢的方法能够被采用,二次支护最佳的支护时间是当变形达到最大,而结构又变得稳定时。

  (3)采用重力式挡墙能够改善支护的效果。一种方法是用全程混凝土灌浆锚固法,能够增加围岩自承层的厚度。另外一种方法是采用锚索,因为它很长,承受的荷载大,一般大约为200KN,在围岩内能够限制不必要的变形,因此自承层的厚度被增大了。第三种方法是改变自承的结构。在巷道根部安装倾斜的锚杆或安装以预先的一个拱作为底版的形状来构成、一个封闭、而和谐的结构。

  (4)减少破碎带,增加围岩的强度和自承能力是一种好方法。此种方法由光面爆破来完成,它能维持围岩的完整性、减少围岩的扰动和控制环的破坏。第二点,维护断面轮廓的光滑来避免巷道表面的应力集中,第三,用膨胀性材料填充炮眼。

  5. 要求

  根据以上的分析,基于以上做法对-920m的巷道提供一种新的设计方法。因为围岩的膨胀性和严重的底板隆起,马蹄形断面形状在此被采用。以下支护技术也被采用了,首先基于对25天后煤矿地压的测量,采用普通锚喷支护及喷射锚喷网组成的联合支护方法在二次支护中能够被运用,并在二次支护后,钢锚索锚固梁能够被用作为永久支护,支护参数如下:

  锚杆:直径28mm等强度螺纹锚固钢筋,并采用全长锚固,长为1800mm,间距为1000mm×1000mm,双层锚固编排的最终间距为500×1000mm。

  钢筋网:8号钢筋网,5000×1050mm,网格间距为100mm。

  混凝土:普通硅酸盐水泥、混凝土强度为C150,厚度为120mm(初次喷射为90mm。二次喷射30mm)

  预应力锚索:长度为6m

  支护步骤:

  1.开挖

  2.用30mm混凝土作为临时支护

  3.安装锚杆

  4.喷射混凝土厚为设计厚度(120mm)的80%。

  5.采用锚网在25天后进行二次支护

  6.喷射混凝土到设计值

  7.安装锚索和锚梁

  通过以上方法和技术,使用情况是好的,仅仅有一些小碎片掉落,并且底板和边墙的位移被限制在146mm以下,没有底鼓现象出现。

  6结论

  1.普通支护发方法不能解决深埋高压软岩巷道中的问题,并根据煤矿压力和破坏原因真实情况,新奥法施工方案应该被采用。

  2.还有一些方法也必须被采用,例如加强围岩表面的粘结能力,避免更多的断裂面发展,进行二次锚网支护采用喷射的方法来改善结构和自承状况,增加二次支护结构的强度和刚度,以控制有效变形。

  3.采用等强度螺纹钢加全长灌浆混凝土锚固能够改善围岩的自承状况和增加自承层的厚度。

  4.对于深埋高压软岩巷道,封闭式的支护结构是最好选择方案,同时在底板根部安装倾斜锚杆或用锚固梁组成预先的拱型底板,以构成一个封闭和谐的支护结构,也是一种有用的方法。

  参考文献

  董方庭等,在软岩断裂区的锚喷支护理论和技术,中国煤矿:软岩巷道支护原理与实践,中国矿业大学出版社,1996:50-60

  林于梁,关于软岩过程机械理论的探讨,中国岩土工程学报,1999,vol,18:690-693。

  

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