关于深井软岩巷道掘进支护技术的实践研究

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1、关于深井软岩巷道掘进支护技术的实践研究【摘要】深井深度因素和软岩地质条件无疑会加大巷道支护难度。为了研究深井巷道掘进中的支护技术与方法并认证可行性，本文以某矿为例进行说明。该矿掘进一条标高-700m的开拓巷道，在分析了软岩巷道围岩变形和压力特征的基础上，通过新旧支护方案对比来认证支护工艺的实用性，结果表明，新方案显著改善了巷道围岩受力状态，取得了良好的支护效果。【关键词】深井；软岩巷道；掘进支护；实践研究随着矿井开采深度的不断增加和机械化程度的不断提升，巷道断面面积也呈现增大趋势，这使得巷道掘进过程中矿压显现愈加明显，加上软岩的地质工程条件较为复杂，

2、从而给掘进支护带来一系列问题。为了达成改善巷道围岩受力状态、实现巷道掘进快速施工的目标，本文拟用某矿作为研究目标，来研究深井软岩巷道掘进支护技术。1工程概况6某矿正在掘进一条标高为-700m的开拓大巷，轨道巷、运输巷并行布置，间距30m，运输巷超前轨道巷掘进施工。采用掘进机、胶带输送机综合机械化掘进，巷道支护为传统锚网喷支护。由于巷道掘进所处地段为泥岩和和断层破碎带，巷道支护技术上存在不小难度。经过岩石力学试验测试得知，该矿巷道围岩的天然抗压强度为2.5～19.0MPa，为工程意义上的软岩性质。众所周知，软岩具有强度小、易破碎、遇水易软化、支护困难等

3、特性，属于不稳定岩层，如果在巷道掘进过程中再受到诸如断层、水等因素的影响，则易造成棚梁弯曲下沉、棚腿挤出、支护失效、巷道断面迅速减小等问题，因而给掘进行人、通风、运输带来安全隐患。实践证明，-700m巷道掘进过程中表现为严重的底鼓（最大值达到500m以上），巷道地面轨道破坏严重，增加了大巷运输难度，迫使掘进速度减缓，与此同时，由于巷道断面收缩，通风面积减小，从而增加了通风阻力。此外，巷道围岩遭到破坏时，顶板会不时冒落破碎矸渣，从而威胁到行人安全。由以上分析，研究深井软岩巷道掘进支护技术十分迫切，且意义深远。2软岩巷道围岩变形和压力特征由于软岩已进入非

4、线性塑性大变形阶段，变形场是非线性力学场，因此，软岩巷道的破坏机理同硬岩巷道明显不同[软岩的力学性质是决定巷道围岩稳定性的关键因素，根据矿井掘进施工的实际情形来看，软岩巷道围岩变形往往表现为以下几个特征：6（1）软岩巷道变形呈现蠕变变形三阶段规律并具有明显的时间效应。掘进初期巷道变形量大，且顶板来压十分迅速，因此巷道支护装置应具有较大的初始支撑力，此外且要有一定的伸缩性，以避免随着围岩变形而遭到破坏。（2）巷道围岩变形具有明显的空间效应。巷道围岩的变形呈现显著的空间效应，主要体现在以下两个方面：首先，软岩巷道的变形量取决于地应力大小，地应力越大，则变

5、形越大，且具有一定的方向性；其次，巷道变形量也受深度的影响，深度越高，则变形越大。（3）软岩巷道顶板下沉量大，底板鼓起，两帮易于破坏。软岩巷道开挖后，其顶板会出现下沉现象，底板鼓起，两帮发生明显的位移，严重时两帮会发生破坏，顶板大面积冒落。（4）巷道围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感。这些因素主要有：附近开挖巷道；水的侵蚀；爆破震动；煤炭开采。3支护优化设计3.1原有支护方法-700m开拓大巷断面形状为直墙半圆拱形，巷道净宽4400mm，轨面向上净高3500mm。原设计支护方式为锚网喷支护，采用20mm×2000mm锚杆，其间排距为800mm×90

6、0mm；4号矩形钢筋网，网格100mm×100mm；用C20强度的混凝土喷浆，喷层厚度为150mm。锚索规格为15.24mm×7300mm，排距为2700mm，局部地段视情况增加锚索数量以加强支护。3.2优化支护方法6（1）支护形式。根据已掘-700m开拓大巷顶板及两帮变形和底鼓特点，确定巷道断面形状为直墙半圆拱形，为有效控制巷道底鼓，决定采用反底拱+底角锚杆耦合支护形式进行治理。确定轨面向下按一定的弧形掘至600mm深度以铺设反底拱，两帮和顶各增加100mm作为毛断面施工尺寸。（2）支护参数。①锚杆：巷道两帮及顶板采用20mm×2500mm的Ⅳ级专

7、用螺纹钢加工而成的高性能锚杆，间排距600mm×700mm。两侧底角处各打1根22mm底角锚杆，底角锚杆长2800mm，并与基本锚杆的间距不大于1000mm。采用加长锚固方式，每根锚杆采用1卷K2350树脂药卷和2卷Z2360型树脂药卷。②锚索：采用17.8mm×9000mm锚索，其排距2100mm，在顶板两侧第2、3根锚杆之间（两侧1/4圆弧中心处）以45°角打1根锚索，其中每孔使用1卷K2350和3卷Z2360型树脂药卷。③托盘：锚杆采用新型托盘（尺寸300mm×300mm），锚索采用400mm×400mm的托盘。④网：采用6.5mm钢筋焊制成孔

8、100mm×100mm的铁丝网，网边钩扣联结。锚杆和锚索支护情况如图1所示。4效果分析6支护参数优化后，对新