深部软岩巷道动压支护探究

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1、深部软岩巷道动压支护探究　　中图分类号：P57文献标识码：A文章编号：1007-0745（2013）09-0026-01摘要：大采深煤矿在我国具有一定的发展前景。基于我国在深部动压下巷道支护方法上的探索，通过对国内外深部动压下巷道支护方法现状的分析，指出了动压下巷道支护方法的发展方向，探讨了动压下巷道支护方法存在的关键技术难题。对动压下巷道支护提出了几点认识。关键词：大采深软岩巷道支护前言目前我国的煤炭资源赋存在1000m以下的为2.95万亿t，占煤炭资源总量的53%。预计大约在未来20a我国很多矿井将进入到1000～1500m的深度。比如赵各庄矿开采深度已达-1100～-1150m，某

2、矿目前的开采水平为-960m。国内外的经验都表明，随着开采深度的增加，地应力增大、地温升高、涌水量等地质环境复杂性加大，将导致作业环境恶化和重大恶性事故增加等一系列问题，为深部矿井开采均提出了严重的挑战。本论文通过对国内外深部软岩巷道支护现状的分析，提出深部软岩巷道支护技术的发展方向。对我国深部矿井安全高效开采有重要意义。1国内外研究现状61）国外研究现状Fenner、Kastner、Talober等人提出的理想弹塑性模型，假设岩体服从摩尔-库仑屈服条件，分析计算了围岩的应力，推导出目前工程上广泛用来求围岩弹塑性区应力和弹塑性区半径的卡斯特纳(Kastner)方程。Cundall提出并发

3、展了离散单元法，现今已出现二维和三维的可变形离散单元法及考虑动荷载的动力离散单元法。2）国内研究现状蒋斌松和张强采用非关联弹塑性分析，获得了应力和变形的封闭解[8]，并分析了破裂范围对围岩应力和应变的影响。为解决巷道开挖过程中的围岩变形、破坏和控制问题，蒋金泉、刘传孝运用FLAC、李宏业运用ANSYS、张后全、唐春安运用RFPA2D、姜耀东等众多学者做了大量的研究工作并取得了丰硕的成果。EverlingG、陆士良等模拟研究了巷道在先开挖支护后加载条件下的破坏情况。2巷道围岩变形、破坏影响因素巷道维护的难易程度取决于围岩的变形。巷道围岩的变形也是矿山压力显现的主要表现形式，深部动压巷道的围

4、岩变形受到各种各样的因素影响，其主要因素有:自然因素1）围岩性质6围岩的物理力学性质决定着巷道的变形和破坏。表征围岩的物理力学性质的主要因素包括岩体的弹性模量、单轴抗压强度、残余抗压强度以及岩体的内摩擦角等，一般来说，物理力学性质越稳定，岩体的单轴抗压强度和内摩擦角也会越大。2）地质构造岩层中包含的层理、节理及断层形成的弱面结构，使围岩岩体本身的各项强度都降低。因而，在地下受到构造应力的影响，围岩产生强烈的变形。弱面容易产生离层，并受重力作用，较易发生冒落。3）巷道埋藏深度围岩的稳定性受到矿井深度的影响。随着采深的增加，围岩的应力超过自身的强度就会发生剧烈变形，塑性区向围岩的深部延深，随

5、着塑性区的扩大，塑性区内的岩体强度降低，巷道就处于失稳状态。4）岩层倾角巷道的变形和破坏特征，随着岩层的倾角变化而变化。倾角较小的岩层中，巷道顶板通常产生对称下沉，巷道两帮的变形均匀。倾角较大的岩层中，会产生非对称的下沉，并且巷道的两帮变形量大于顶板。5）水的作用软化现象可以使岩石的强度降低。泥质类软岩容易产生各种软化现象，围岩容易产生大的塑性变形。6开采技术因素1）巷道爆破方式采用钻眼爆破法，该方法会使围岩产生松动圈，尤其是强度较小的围岩，最大松动圈能够达到1.5m，松动圈的产生破坏了围岩的整体结构，使围岩强度进一步降低。2）护巷煤柱尺寸护巷煤柱的尺寸是一个重要的影响因素。它的参数决定

6、着巷道巷道侧向和倾向的支承压力。沿空掘巷相对于留窄煤柱来说，它的围岩变形量会更小。3）巷道开掘面积巷道的面积越大，破碎区的范围也会越大，因而围岩的位移也越大，围岩的位移受巷道断面面积的影响较大。4）采煤工作面采高及顶板岩层结构由于采煤工作面不断往前推进，其后方顶板岩层大面积冒落，在采煤工作面前后方形成很高的支承压力，采煤工作面前方的移动支承压力引起回采巷道的严重变形，其矿压显现的强烈程度不仅取决于巷道围岩的力学性质，还取决于采煤工作面的采高和顶板岩层结构。5）支护阻力6巷道支架是控制巷道围岩变形和维护好巷道的重要手段，巷道支架能否有效的控制巷道围岩变形，主要在支护阻力。一般来说加大支护阻

7、力可以抑制围岩极限平衡区的发展、减小围岩变形量，但支护阻力也不能无限制的增大。3、动压巷道变形破坏特征及支护原则巷道在采动的影响下，巷道围岩塑性区增大，巷道围岩变形量增大，巷道矿压显现剧烈。原本趋于稳定的巷道围岩，往往表现出大变形和难以维护的特点。原来的支护体系会遭到严重的破坏，围岩挤出量大，巷道片帮和底鼓都比较明显。支护原则（1）软岩巷道支护要“对症下药”，根据构成的软岩巷道的复合型变形力学机制类型采取相应的措施。（2）软岩巷道支