b080301 深井巷道围岩控制与加固技术

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1、深井巷道围岩控制与加固技术王明远吴新华【山东科技大学，山东泰安271019】摘要巷道围岩的稳定性与岩性和埋深有关，一般在同样岩层条件下，随着巷道深度的增加，围岩的稳定性也越来越差，对巷道的支护带来很大困难。目前，我国井工开采的煤炭70%的产量来自深井地层，因此，研究深井巷道围岩控制与加固技术具有重大的现实意义。关键词深井巷道围岩控制加固技术----------------------------------------------------------------------1深井概述1.1深井含义目前一般认为，垂直深度小于400m为浅矿

2、井；400～800m为中深矿井；800～1200m为深矿井；不小于1200m的矿井为超深矿井。在相同的地质条件下，巷道埋藏越深，地压越大，稳定性越差，支护也越困难。1.2深井难题（1）地应力大：自重应力通常大于18MPa。近期测试的深井巷道水平应力都大于垂直应力，最大水平主应力达58MPa。有些深井常发生岩爆现象，开采中形成冲击地压。（2）地温高：一般达32～46℃，个别高达50～60℃。（3）水渗透力强：深井含水层通过裂隙相互贯通，渗透压力达7～8MPa，易形成突水事故。（4）瓦斯涌出多：煤层瓦斯在高压高温作用下，从煤层中通过岩层裂隙溢出

3、，危害矿井安全。2深井巷道变形规律与特征2.1调查统计规律根据6省17个矿区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，断面在12～20m2条件下的拱形巷道，采用常规的锚、网、喷支护形式：即锚杆直径为16～18mm、长度为1800～2000mm的MSGLW-335无纵肋螺纹钢树脂锚杆，间排距800×800（mm）；直径4mm的钢筋制网，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下：①埋深小于400m时，巷道基本稳定。使用一年后，局部有微小裂缝，位移量一般不大于

4、20mm，不影响使用。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。②当埋深在400～600m之间时，两帮底部开裂，位移量一般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。修复方式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。③当埋深在600～800m之间时，巷道出现底臌、底脚内移，水沟挤裂，巷道顶部两肩部开裂，甚至冒落。一般30～50％的巷道需要返修，否则难以正常使用。此类巷

5、道需要对支护结构、支护参数进行调整，应加锚索、锚梁或配合注浆加固。④当埋深大于800m时，上述支护结构很难有效，应加强矿压观测、地应力测试等研究工作，及时调整支护参数、结构形式，改进工艺过程。对应此类巷道，需进行专项研究，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。应建立成套的支护结构预案系统。2.2实测变形特征图1所示为鲁西南地区埋深800～1100m巷道围岩一般变形规律。巷道支护后，变形量一般在30～70mm时出现开裂、爆皮现象，在还未冒落时要进行二次加固；要及时进行位移观测。1-脆性硬岩；2-中

6、硬岩；3-塑性岩层图1深井围岩变形特征3影响巷道稳定的主要因素3.1客观因素（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强度，通常用普氏系数（f）代表其强度特征。②岩体性质岩体可能有多种矿物组成，因此岩体是非均质性的非连续体。所以巷道围岩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。（2）岩层物相指岩体中的矿物组成，如含蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物成

7、分，含量过高，遇水会产生膨胀、蠕变、流变。（3）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，但在实际测试中，许多矿区的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。（4）地下水围岩的节理、层理、裂隙中含水，开挖后产生滑动，巷道失稳，粘土性

8、矿物岩层遇水膨胀，巷道压力增加，支护困难。（5）地温地温大于30℃时，不仅工作环境恶化，而且岩体软化，巷道稳定性差。如龙固、赵楼、郭屯矿高达42～49℃,给巷道围岩的支护带来很大