深部岩巷主动支护及围岩稳定性控制技术研究论

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1、深部岩巷主动支护及围岩稳定性控制技术研究赵伟1冯星宇1张洋1吴冬梅2（1.河南能化集团永煤公司永城476600；2.永城职业技术学院永城476600）摘要：为了更好解决深部岩巷的支护，通过采用理论分析、数值计算、现场观测等方法来分析深部围岩力学参数，研究深部软弱破碎围岩控制原理及支护技术，优化巷道支护基本参数。现场采取了“四高”锚杆支护、注浆锚索加固、主动泄压、帮顶协同支护方案后，巷道变形量在合理范围内，减少了巷道维护成本，有效的保证了矿井的安全生产。关键词：深部岩巷；主动支护；主动泄压；帮顶协同；围岩控制引言：随着开采深度的增加，巷道围岩在高应力的作用下表现出软岩的特征，岩石的蠕变速度增大、

2、蠕变时间增长。同时，巷道围岩的地质构造变得越来越复杂，矿山压力越来越大，深部巷道支护面临更多的技术问题。河南省正龙煤业城郊煤矿逐渐进入二水平（-750m水平）开拓和开采阶段，处于二水平的巷道开挖支护后，裂隙萌生和扩展的速度很快，几天内一定厚度范围内的岩体即被次生裂隙切割成小碎块，一个月左右即出现严重破坏而造成巷道失稳，导致锚杆拉断、折断，巷道底臌变形达1m左右。由于巷道接连不断的失稳破坏，不得不投入大量精力进行返修，从而造成矿井生产运输受到严重影响，巷道维护成本大大增加，严重制约了煤矿的安全生产。1矿井概况：城郊煤矿二水平南翼轨道大巷岩层以泥岩、砂质泥岩及中、细粒砂岩为主，岩石普氏硬度系数f为

3、4～6。巷道断面设计为直墙半圆拱断面，断面净宽为4.8m，毛宽为5.0m，墙高1.6m，巷道中心净高4.0m。通过对主要岩性进行岩石强度力学测试，实验区段巷道的抗压强度为42.09~112.76MPa，抗拉强度为0.76~9.62MPa，凝聚力为1.1304~4.9088MPa，内摩擦角为25.43º~37.23º。通过对地应力的测定，城郊矿二水平最大主应力σ1=19MPa，与铅垂方向夹角为100~110°（近水平方向），沿东北—南西向。岩石抗剪强度见表1：表1：岩石抗剪强度测定岩石试验编号剪切角度（º）直径D（mm）高度H（mm）破坏载荷P（kN）正应力σ（MPa）剪应力τ（MPa）凝聚力C

4、（MPa）内摩擦角φ（º）砂质泥岩14549.4151.6540.703.751753.751751.130435.7925549.4951.5825.501.902252.7141836549.4551.6412.800.704801.50958细粒砂岩44549.8951.8545.704.131984.131981.454632.8255549.9251.6424.501.796302.5630166549.8651.7818.400.996562.13448泥岩74548.8852.1863.005.934005.934001.442737.2385548.9651.8629.782.

5、269893.2387496549.3652.0818.201.005802.154272深部巷道主动支护技术根据城郊煤矿深部岩巷变形失稳特征及机理的分析，综合城郊矿深部岩巷围岩的整体情况以及南翼轨道大巷围岩的具体情况，在城郊矿目前现有施工技术水平的基础上，提出了城郊矿深部巷道主动支护及围岩稳定性控制对策。2.1深部岩巷围岩控制思路2.1.1减小巷道围岩应力对于煤矿中的高应力巷道而言，单纯从围岩性质和支护技术方面采取措施，控制巷道围岩变形仍然相当困难，即使有所成效也要在经济上要付出沉重代价。因此，应从巷道围岩应力控制的角度出发，应用巷道围岩应力转移的新技术，减小巷道围岩应力，其特点在于：充分利

6、用现行的采矿方法或加以改进，或人为构建围岩软弱区等措施，将原本集中在巷道浅部围岩较高应力转移到围岩较深部，减小巷道围岩应力，以实现巷道围岩的稳定。2.1.2提高围岩强度2.1.2.1围岩强度强化参考了文献【4】支护体系中，锚杆的作用主要在于提高破碎围岩巷道的围岩强度，随锚杆支护强度提高，锚固体极限强度、残余强度增大，残余强度增大更为显著，因此采用高强锚杆支护可显著提高围岩的承载能力。如图1，在一定范围内支护阻力与围岩变形量呈负指数关系，提高支护阻力可大大减少围岩变形量，有利于巷道围岩稳定。1-典型的支护围岩关系曲线；2-传统支护特性曲线；3-高强锚杆支护特性曲线；4-“三高”锚杆支护特性曲线；

7、5-“四高”锚杆支护特性曲线图1支护阻力与围岩变形关系图参考了文献[2]2.1.2.2注浆加固对于围岩比较破碎的深部岩巷，采用注浆加固充填围岩裂隙，可明显改善围岩力学参数，提高锚杆锚固力和岩体强度，并且可以封闭水源、隔绝空气，保护围岩免受风化。注浆材料可选用化学类、水泥类、高水速凝材料等。2.1.2.3关键部位补强参考了文献[3]通过对两帮及底角等关键部位的加强支护、注浆加固，提高两帮及底角破碎区