结合我国煤矿深部开采工程实例.doc

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1、结合我国煤矿深部开采工程实例，解决了一系列煤矿深部开采中的技术难题　1 解决了龙口柳海矿第三系软岩矿井的支护问题1工程特点龙口柳海矿为第三系软岩矿井，国内正在开采的第三系软岩矿井最深的为350m，而柳海矿井筒深度已达500m，其临界深度为300m，难度系数为1.67。一般第三系软岩的蒙脱石含量最高达35~40%，而该矿软岩的蒙脱石含量达到90~96%。在进行本次研究之7前，该矿井底车场现有巷道基本全部破坏，面临关闭停建状态。因此，龙口柳海矿巷道支护问题是我国第三系软岩矿井中难度最大的问题。2工程破坏现状龙口柳海矿为了解决

2、第三系深部软岩矿井的支护问题，采用了各种支护技术，包括：锚网锚索支护、钢筋混凝土（砌碹）支护、U型钢可缩性支架、高强度梁式混凝土支架、U型钢钢架+壁后充填，以及上述支护形式的复合型支护。但是，由于柳海矿软岩问题的复杂性，上述各种支护形式均未能有效的控制巷道围岩的变形，巷道前掘后修，投资巨大，严重影响了矿井的安全生产及按时投产。柳海矿工程破坏现状详见图2-18~图2-23。（a）副井北马头门东侧  （b）副井北马头门西侧图2-18 副井马头因应力集中而产生破坏 图2-19 重车线前方导硐大变形断面急剧缩小 图2-20 重车

3、线巷道底板底臌严重  图2-21 高强度混凝土梁式支架接口处产生破坏   图2-22 北单轨巷支架产生大变形图2-23 南水仓顶板及两帮严重变形 3柳海矿软岩巷道破坏原因分析综合分析柳海矿井底车场深部第三系软岩巷道的工程地质条件，结合物化分析及微观结构分析，可以得出高应力节理化强膨胀(HJS)复合型软岩是柳海矿软岩巷道变形破坏的根本原因。（1）高应力。该矿井底车场巷道深度大，达到500m。自重应力水平为12MPa，而岩体强度只有1~2MPa，应力与强度比值6.0~12.0。由于其软化临界深度为300m，因此其难度系数达到

4、1.67。（2）节理化。现场工程岩体勘察结果表明，该矿井底车场巷道岩体破碎节理裂隙发育。（3）强膨胀。物化分析结果表明，蒙脱石含量最高为96%，具有强大的膨胀应力。同时，巷道初期支护设计的理论依据不当，也是巷道变形破坏严重的主要原因。具体表现在：（1）对软岩变形力学机制缺乏研究；（2）对软岩支护原则掌握不清；（3）对软岩支护的关键技术缺乏了解；（4）对软岩变形的力源认识不清；（5）对支护材料的支护性能认识不清。另外，在巷道支护设计及施工顺序不当，造成巷道变形破坏更加严重，主要表现在：（1）开放式支护结构，无反底梁或反底拱

5、；（2）支护体单兵作战，无法发挥整体支护能力；（3）支护体与围岩、支护体间变形不协调、刚度及强度不耦合：支护体之间以及与围岩之间变形不协调、围岩大变形与混凝土刚度及强度不耦合、混凝土喷层与U钢可缩支架刚度不耦合。 4柳海矿软岩问题的技术对策（1）三个技术关键①正确研究确定软岩的变形力学机制及其复合型；②有效转化复合型为单一型；③合理运用转化技术。（2）两个支护力学特性 ①具有足够的柔度以满足HJS复合型软岩的大变形，以充分释放膨胀性塑性能；②当大变形关键部位(特征)出现时，又具有足够的强度和刚度控制围岩变形，从而达到支护

6、体与巷道工程的稳定性。复合型变形力学机制转化关键环节在于设计，由此确定具体的支护对策为： ①钢架支护设计：关键是把抗弯、抗扭转化为抗压、抗拉，把刚度转化为强度（图2-24）。②钢架(筋)及混凝土支护设计：关键是实现钢架与混凝土刚度上的耦合（图2-25）。 ③锚网-锚索-围岩耦合设计：通过锚杆支护提高围岩强度，通过锚网—围岩以及锚索—关键部位支护的耦合而使其变形协调，从而限制围岩产生有害的变形损伤，实现支护一体化、荷载均匀化，实现巷道围岩与支护体在强度、刚度及结构上的耦合，达到巷道稳定的目的。 图2-24 钢架支护设计对策

7、 图2-25 钢架(筋)及混凝土支护设计对策 5支护效果在上述支护设计对策的指导下，对柳海矿主副井筒、井底车场巷道进行了具体的支护设计。有现场支护效果可以看出（图2-26~图2-28），所采用的支护设计方案，有效的控制了巷道围岩的变形，保证了巷道的稳定，为矿井的尽快投产创造了条件。图2-26 副井马头门永久支护效果 （a）空车线架设双桁架后的效果    （b）永久支护后的空车线图2-27 空车线支护效果 （a）应用前                             （b）应用后图2-28 大断面交叉点支护效果 2

8、 解决了徐州旗山矿中生代千米深井巷道的支护问题徐州旗山矿－1000m水平北翼轨道联络大巷为一穿层巷道，穿过中生代煤岩组、砂岩组和泥岩组，埋深大约为1032m，受较高的地压影响；服务年限长，且在服务期间会受到一定程度的开采动压影响。1巷道变形破坏情况通过现场考察和调研可知，－1000m北翼轨道联络大巷由于埋深较大、开采