新汶煤矿巷道支护方案分析

新汶煤矿巷道支护方案分析

0巷道围岩支护在采煤和公路维护期间，存在许多问题，无法保证煤矿开采的连续性和平衡效果。目前，我国在煤矿深井开采巷道支护研究过程中获得了一定成果，也进行了一定改进，深部开采期间依然存在较多问题，巷道围岩存在严重变形问题，维护时间与运营成本较高。且开采期间若采用浅部支护方法，无法达到预期效果，降低了开采的安全性。且大多顶板移近由巷道底鼓引起。对此，应有效研究深部开采过渡区巷道围岩的变形情况，并采用合理的支护技术，以达到预期的控制效果。1在采煤深度开采的过渡带，胡同的特点和形状1.1巷道围岩密度一是岩石变软，受上层岩石重力的影响，深部岩层也会发生较大变化，岩石密度增大、变软且容重增大，表现出不同的形态性质，锚杆眼钻进难度较大。二是巷道松动范围不断扩大，顶帮与两帮之间的移近量较大。同时，煤矿深部过渡区围岩层较易破碎，岩石软化程度较高，松动范围较大1.2垂直压力下的底鼓一是顶板下沉，受上覆岩层压力及破碎岩体重量的影响，巷道顶板会出现下沉问题。二是底膨，底板岩石硬度低，遇水后岩石强度降低，并在垂直压力下出现底鼓问题。除此之外，底板岩石存在一定的膨胀性黏土，也会在遇水后导致底鼓问题。三是顶底板移近。四是上帮或下帮变形，当两帮岩石一帮较软、一帮较硬时，则在压力作用下便会出现变形问题。五是顶板下沉，在垂直压力作用下较易发生。六是拱顶起尖，两帮挤进。在压力作用下，巷道较易出现拱顶岩石破碎问题，两帮挤进。2在采煤和开采的过渡带，胡同的保护原则和技术2.1巷道支护主要参数一是巷道支护时应综合高预应力与强力锚杆，制定可行方案，保证支护延伸量与冲击性，围岩变形期间应采用一次支护方案进行控制，避免巷道的二次维修。二是遵循预应力扩散原则，通过预应力综合判断锚杆采用被动或主动支护方法，当预应力较高时应主动支护，充分发挥锚杆作用。三是遵循三高一低原则，保证巷道围岩支护的高刚度、高强度及高可靠性，降低支护密度，保证维护效果。四是遵循刚度与临界支护原则，锚杆支护期间存在支护刚度与强度因素，当两者无法达到预期标准值时，巷道稳定性较差。对此，锚杆支护时，支护系统刚度与强度数值超出标准。五是相互匹配原则，结合螺母及钢带参数指定支护系统，保证力学的匹配性，充分发挥锚杆支护效果。六是可操作性原则，以便提高井下施工速度，降低支护成本。七是组合支护原则，单一的支护方法无法满足深部开采巷道的开采要求，应联合采用锚杆、锚索、钢带或锚杆、U型钢等支护方式。2.2支出技术2.2.1围岩承载力无法抵御高应力煤矿深部过渡区埋深较大，存在较大的垂直应力与和水平应力，围岩承载力无法抵消高应力。为了进一步提高围岩的承载力与整体性，开采人员应采用注浆加固方法，将加固的岩体与锚杆有机结合，提高围岩中锚杆的锚固力，使其可以适应围岩变形2.2.2支护锚固区锚索支护一是锚杆支护，通过锚杆避免围岩裂隙形成，处理围岩离层与滑动等问题，保证围岩处于受压状态，杜绝围岩弯曲与拉伸剪切破坏问题，承载主体为围岩，有效保护锚固区，实现完整性。同时，锚固区承载强度与刚度也应适当增大，避免外岩层与锚固区离析，保证围岩受力的合理性与稳定性。二是锚索支护，连接锚杆支护承载结构与围岩结构，提高围岩的稳定性与可靠性，且在锚索中增加较大的预应力，联合锚杆形成骨架结构，增大围岩强度与压力，保证围岩结构的主动支护，提高完整性。三是锚杆支护与锚索支护综合使用，在压缩圈内固定长锚索与短锚杆，将锚索应力传递至深部岩层中，保证围岩周围受力结构的稳定性，发挥围岩的承载力。3在采煤和公路维护技术的应用中3.1支护方案确定新汶煤矿水平采区埋深大约为556m，穿过粉砂岩、砂质泥岩以及砂质页岩，设置半圆拱形巷道断面。根据煤矿开采实际情况，综合锚网与喷浆方式，制定可行的支护方案，利用M25-22-2500型锚杆支护巷道顶部与两帮间、排距设置为1m，保证每根130kN的锚固力，且全断面设置金属网，并喷射50mm砂浆。在深部应力的作用下，巷道围岩存在明显软岩特点，以致巷道围岩持续变形，在支护数月后出现底鼓变形问题，原支护方案无法保证巷道的稳定性。3.2顶板监测结构施工人员应进行勘测分析，全面了解原支护方法下过渡区域中围岩的实际支护情况，在支护巷道开挖后，将多点位移设置至顶板、两帮及底板中，以保证巷道围岩变形情况的实时监测，实现精准预测。将4个测点设置于顶板与两帮部，将9个测点设置于底部结构。实时监测围岩支护参数，受高应力的影响，巷道在掘进后长时间存在变形问题，较为严重。其中变形最为严重的为巷道底板，在10～15天的掘进工作后，顶板与帮部围岩变形速度开始放缓，掘进至60天后，巷道底板变形问题依然存在，出现对称性的底鼓变形问题，中间变形量较大，呈现出三角形结构。由此看出，若采用以往的支护方案，巷道围岩无法保持稳定性，发生持续变形问题，以往支护参数无法有效控制围岩，底鼓变形无法得到缓解。3.3巷道底角锚杆支护方案研究企业及时监测巷道变形情况，据此制定可行的支护方案，将锚索增加至顶部，将锚杆增加至底角，综合注浆+锚喷网+锚索+底角锚杆，制定综合性的支护方案。顶板增加锚索，间距设置为2m，排距设置为5m，拉断截荷设定为353kN。且巷道底角锚杆选择M25-22-2500型，在巷道底板打入。根据巷道的实际开采情况，工作人员开始分布施工，一是保证初始地应力的平衡性；二是沿着巷道径向开挖20m；三是模拟原支护方案；四是确定存在的支护问题进行计算改进，设计支护方法。利用计算机建立模型，适当加密巷道围岩10m范围内的网格数量，保证结果的准确性工作人员及时监测巷道变形数值，在顶部围岩结构使用预应力锚索组合，将应力传递至深部岩层，利用底角锚杆降低底板底鼓值与顶板沉降值。开采人员分析塑性分布范围，将塑性区域与两帮之间的距离缩小，消除拱肩塑性区域，利用此种支护方法，保证围岩变形的良好控制，达到预期支护效果。3.4绘制巷道变形与时间关系为了测试了解新支护方式的实施效果，开采人员对巷道情况进行位移监测，在2个月观察后，记录分析监测数据，将巷道变形情况与时间关系绘制为曲线。设置60天的观测期，整个观测过程中，两帮移近距离为9.8m，底板移近量为20.9m，在监测10～15天后，开始收敛巷道变形量，良好控制变形量与变形速度，保证了围岩的支护效果。4采动覆岩锚喷支护煤矿深部开采过程中，在高应力的作用下，过