b080105 深井巷道围岩控制技术实践

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1、深井巷道围岩控制技术实践王本强王明远【山东科技大学，山东泰安271019】摘要论述了埋深大于800m的深井巷道存在的主要问题，通过对矿井进行现场调研与实践，总结出在中硬岩中采用常规的锚、网、喷支护形式条件下巷道埋深与稳定的关系，对影响巷道稳定的主要因素进行了阐述，提出了深井巷道围岩控制的主要途径及关键技术。关键词深井巷道围岩控制技术埋深深井巷道主要问题是巷道难支护，稳定性差，这与岩性和埋深有关。有的矿井巷道埋藏不深，但由于岩层松软破碎或有膨胀性，巷道的稳定性差，破坏严重。在同样岩层条件下，深度越大支护越困难，巷道越难稳定，破坏也越严重。解

2、决深井巷道支护的难题对于矿井建设具有重要的意义。1深井巷道的概念目前一般认为，巷道埋深大于800m即为深井巷道。深井巷道存在的主要问题包括以下几方面：第一是应力高，自重应力通常大于18MPa，一般情况下水平应力大于垂直应力，近期测试的最大水平应力达42MPa；第二是地温高，一般达32～46℃，个别高达50～70℃；第三是渗透水压力大，深井水相互贯通，渗透压达7～8MPa；第四是瓦斯涌出量大，煤层瓦斯在高压高温作用下，从煤层中溢出，危害矿井安全；第五是冲击力增加，深井巷道常发生岩爆、煤爆现象或形成冲击地压、矿爆现象，危害性极大。2巷道埋深与

3、稳定的关系根据矿井调查和实践研究统计分析，当围岩单轴抗压强度在40～60MPa的中硬岩中，拱形巷道断面12～20m2条件下，采用常规的锚、网、喷支护形式，锚杆为直径16～18mm、长1800～2000mm的无纵筋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距800×800（mm）；直径4mm的钢筋网，网格100×100（mm）；喷射100mm厚的C20混凝土的支护结构形式时，巷道埋深与变形情况如表1所示。表1巷道埋深与变形情况统计表序巷道埋深(m)巷道变形及破坏情况治理改进方案1＜400巷道基本稳定，使用一年后，局部有微小裂缝，位移量不大于20mm，不影响使

4、用；但遇断层破碎带、水平应力大于垂直应力或受采动影响的地段出现变形、破坏，需要修复。除个别破碎岩层、破碎带外，一般不需修复或加固。2400～600两帮底部开裂，位移量30～50mm，有少量底臌，沿拱顶或两肩呈片状或条带形剥落，局部冒落露出原岩。破坏量约占20～30％，需修复。一般采用清除破坏部位，补打锚杆、挂网喷浆。对压力大的地段应注浆加固。3600～800底臌、底脚内移，水沟挤裂，巷道顶部两肩部开裂，甚至冒落。30～50％的巷道需要返修，否则难以正常使用。以上支护结构、参数需调整，应加锚索、锚梁或配合注浆加固。4>800上述支护结构很难

5、有效，应加强矿压观测、地应力测试等研究工作，调整支护参数、结构形式和工艺过程。专项研究，预防在前。巷道变形大时及时调整支护设计或采用高强预应力锚杆、锚索、注浆锚杆延后加固。3影响巷道稳定的因素3.1围岩性质围岩性质包括岩石性质和岩体性质。（1）岩石性质岩石性质直接影响围岩的整体性，包括密度、容重、孔隙度、吸水率、透水性、软化性、碎胀性、膨胀性和崩解性。更重要的是岩石的力学特性，集中体现在岩石的单轴抗压和抗拉强度，通常用普氏系数f值代表其强度特征。（2）岩体性质岩体可能有多种岩石组成，因此岩体是非均质性的非连续体。巷道周围的岩体称围岩，所以

6、巷道的稳定不仅取决于岩石，更重要的是取决于岩体的结构，如层理、节理和裂隙等。3.2地质构造与地应力地质构造主要是断层和褶曲，断层破碎带附近不仅造成岩体破碎、泥化、松散，而且地应力相对增大，特别是逆断层所造成的水平应力增加；褶曲中向斜和背斜的轴部应力增大，向斜的轴部尤其明显。地应力是地质构造的原岩应力，随着埋深的增加，一般情况下垂直应力大，但在有些地段水平应力大于垂直应力。主应力方向对巷道稳定影响较大，当主应力方向与巷道掘进方向垂直时，围岩稳定性极差；主应力方向与巷道方向平行时稳定性较好。3.3岩石物相与地下水通过对岩石矿物成分物相分析，了

7、解岩石中是否含有膨胀性物质成分，如蒙托石、伊利石、高岭石的含量超过一定指标会产生膨胀、流变或蠕变，特别是遇水后更加严重，使巷道变形失稳直至破坏。3.4地温地温大于30℃，不仅恶化工作环境，而且软化了岩体，造成巷道稳定性差。3.5巷道布置与开挖顺序两条巷道布置太近容易产生应力再次叠加，增加矿山压力，特别是后开挖的巷道应力峰值与先开挖的巷道一致时，巷道在高应力区难以支护。所以设计与施工要充分考虑应力变化与交互影响范围。3.6巷道断面形状和尺寸巷道断面形状越接近圆形，越稳定，拱形改变了围岩的应力状态；巷道开挖面积与稳定程度成反比。3.7巷道支护

8、材料与参数支护材料的强度、刚度、延展性、加工精度、结构形式直接影响着支护效果；支护参数要使围岩受预应力约束，并成为连续整体结构，即一次支护要达到锚固层范围不产生明显离层的效果。3.8支护结构形