b070202 大屯矿区深部工程锚网索支护理论与实践

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1、大屯矿区深部工程锚网索支护理论与实践马小钧1何满潮2[1.大屯煤电（集团）公司生产技术部，江苏沛县2216112.中国矿业大学，北京100083]摘要：文章从区域构造应力场入手，分析了大屯矿区的地应力特点，通过引入三维RQD指标测定、岩石水解弱化分析来综合评价岩体整体裂隙的发育状况、强度指标。在深部围岩受力特点分析和数值模拟分析的基础上，解释了锚网锚索支护围岩顶部集中应力区向帮部低应力区转移的现象，并由此提出了锚网锚索耦合设计的理念。关键词：深部工程三维RQD锚网锚索耦合支护1引言大屯矿区地处江苏省北部苏鲁交界，是我国华东地区主要产煤和能源供应基

2、地。大屯煤电（集团）公司现有4对生产矿井，设计生产能力500万t，2005年核定生产能力770万t，2005年实际生产原煤740万t，综合进尺完成712.5万m。近年来，随着矿井开拓水平的逐步延伸，大屯矿区除龙东矿之外，姚桥矿、孔庄矿以及徐庄矿均已陆续进入深部开拓准备阶段。孔庄矿进行-785m水平开拓准备，徐庄矿-750m水平开拓大巷已经到位，姚桥矿进行-850m水平的延伸工程。随着矿井开采深度的加大，传统工艺施工的巷道返修率增加，许多深部工程矿压问题，尤其是高地应力造成的巷道失稳破坏，冲击地压等问题开始出现。具体表现在以下几个方面：①深部全煤巷

3、道维护困难。全煤巷道顶板为松软易碎的顶煤，由于锚杆支护系统作用机理与稳定岩石顶板条件下的支护系统迥然不同，在较为复杂条件下如采动影响强烈和构造应力显著时，导致锚杆支护巷道设计不合理性增加，失效现象增多，局部巷道不得不改为锚网与架棚联合支护。而且，巷道在回采服务期内进行改棚、卧底以及开帮等大范围维修的力度较大，严重影响了放顶煤工作面的正常推进。如姚桥矿7001工作面和孔庄矿7431工作面在回采期间，沿空侧巷道均出现了严重的巷道底臌、大变形，工作面推进困难。②在开采深度大、围岩软弱，加上受上覆工作面开采扰动的影响时，深部岩石大巷从开掘之初，底臌、两帮

4、移近、肩窝变形破坏较为严重，返修率增高。③深部大断面硐室群、交岔点等工程的支护难度进一步增大。④姚桥矿和孔庄矿均已发生过冲击矿压。面对深部工程支护中存在的问题，我们与中国矿业大学（北京）合作，对不同类型的巷道建立支护试验示范工程，在试验的基础上进行研究、总结、推广和应用。通过近两年的工作，在煤巷、岩巷以及大断面交岔点的锚杆支护技术难点攻关方面开展了卓有成效的工作，有了突破性的进展，取得了复杂地质条件煤巷、岩巷以及大断面交岔点等锚杆支护技术10多项创新成果，对深部巷道支护的规律性有了初步的认识。2深部开采的地质特征分析2.1区域构造大屯矿区位于秦岭

5、构造带东延部分的北支，新华夏系第二隆起带的西侧，第二沉降带的东侧，东邻郯庐大断裂，受东西向构造和新华夏两种构造的作用，处于两个构造体系的复合部位，为地应力较为活跃的区域之一。大屯矿区主体位于丰沛复向斜内，由于受新华夏系强烈改造的影响，区域地壳经过多次反复运动，使各种构造行迹互相迁就，时而北东东向，时而东西向，时而北西向，形成了东西向成带，近南北向切割的菱形断块式煤田，大屯矿区区域构造体系见图1。矿区地质条件较为复杂。据初步测算，所在的几个生产矿井中，落差大于20m的断层密度达到1条/km2以上，小型断层密度更大，达到2～3条/km2，中、小断层互

6、相交叉切割，给采掘生产带来很大的难度。图1大屯矿区区域构造体系图2.2地层岩性大屯矿区煤系地层为石炭二叠系，主采7＃、8＃煤层，属华北近海性煤系地层，为海陆交互相沉积。全区呈N45°～70°E走向，倾向北西的单斜构造，煤岩层倾角10°～27°。典型煤系地层可以划分为泥岩组、砂岩组、煤体组和灰岩组。各岩组的主要力学参数见表1。表1大屯矿区主要岩组力学参数试验项目单轴压缩试验饱水单轴压缩试验劈裂拉伸试验直剪试验试验指标单轴抗压强度sc(MPa)弹性模量E(GPa)泊松比m饱水岩石单轴抗压强度scw(MPa)软化系数劈裂拉伸强度st(MPa)饱水劈裂拉

7、伸强度stw(MPa)软化系数内聚力C(Mpa)内摩擦角φ（°）细纱岩69.2527.890.14367.190.97011.8710.460.88123.8633.70泥岩51.4730.590.16736.270.7057.906.420.81322.8035.33砂质泥岩89.8229.830.22469.510.7749.851.690.17224.3737.377＃煤26.154.5090.35818.060.6910.8980.2110.2355.41840.07海相泥岩43.2715.010.21211.480.2652.7260.

8、1130.04212.6030.03表2大屯矿区深部典型岩体三维RQD指标质量统计岩石质量统计泥岩组煤体组砂岩组灰岩组3D－RQD值X向