b070402 深部高应力软岩巷道支护技术研究

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1、深部高应力软岩巷道支护技术研究王治顺1陈建平1蒋敬平2[1.肥城矿业集团公司，山东肥城，271608；2.山东省岩层控制技术研究所，山东济南250031]摘要肥城矿业集团公司曹庄煤矿-480m水平大巷、泵房、变电所埋深超过600m，围岩松软，支护困难，已施工的巷道尚未投入使用便已经过两次大规模翻修，仍不能有效控制巷道围岩的变形。通过对巷道围岩力学性质的测试，获取岩体主要力学参数，深入研究其力学特性和支护机理，合理选择支护材料和支护参数，采用高强锚杆+锚索+锚注联合支护技术，发挥支护体的强支撑、急增阻、高承载作用，有效地解决矿井深部高应力软岩巷道支护难题。关键词矿井深部高应

2、力软岩巷道支护前言据统计，我国目前已探明的煤炭储量达7822亿t，埋藏深度小于600m的储量仅为27%，而埋深在1000m以下的占53%。随着矿井机械化程度、矿井防治水技术和生产规模的不断提高，矿井开采深度在逐渐增加，大部分生产矿井的开采深度已达500～1000m，而且平均采深大约以8～12m/年的增长速度递增。矿井深部开采存在“三高与时间效应”，即深部岩体处于地应力高、温度高、渗透压高以及较强的时间效应。深部开采造成巷道变形明显、支护困难，冲击地压、煤与瓦斯突出，以及围岩透水等灾害较严重。因此开展深部高应力软岩巷道支护技术的研究，对提高掘进速度和安全可靠性，降低支护成本

3、，对矿井的深部开采和岩层控制具有非常重要的意义。1概述1.1国内外概况松碎、软弱、膨胀及风化等岩层统称为软岩，这种岩层很不稳定，矿压显现明显。在软岩中开挖巷道往往存在大变形的问题，如顶板下沉、底臌、两帮的流变等，有的达到几十厘米、甚至达到几米。软岩巷道支护问题，是世界各国采矿界面临的一个普遍性技术难题。我国从1958年就进行软岩巷道支护技术的研究，有联合支护技术、分阶段支护技术、锚注加固技术等。特别是近年来锚索支护技术的发展，已成为深部软岩巷道支护的重要技术，其特点是能把深部围岩调动起来和浅部围岩共同作用，控制围岩的稳定性。西欧一些国家，如英国、法国、德国等以“新奥法”的

4、理论为基础，采用不同断面的矿用型钢设计刚性或可缩性金属支架，来解决困难条件下的巷道支护问题。俄罗斯、波兰、土耳其等一些产煤国家仍在采用各种不同类型的金属支架来处理巷道的支护问题。这些支护方式存在诸多局限性，一是不能从根本上解决困难条件下的巷道支护问题；二是施工复杂、巷道支护破坏后再修复就更为困难；三是巷道支护成本高。美国、澳大利亚、南非等国则主要采用以锚杆为主体的支护体系，包括高强、超高强锚杆、全长锚固锚杆、组合锚杆、锚杆桁架等支护形式，继锚杆之后，又推出了锚索来进一步提高支护材料的强度和锚固着力点的深度。随着开采深度逐年递增，深部高应力软岩巷道支护难度越来越大，对原有的

5、锚杆支护体系提出了新的挑战。1.2工程概况曹庄煤矿-480m水平水仓、泵房、变电所服务年限为20年，巷道地面标高+125.3～+127.2m，井下位于-480m水平东大巷的北侧，南侧为变电所、泵房及-480m东大巷、东副巷。巷道四邻八层煤、上覆七层煤、下伏九层煤均未开采。水仓平面图见图1。图1-480水仓平面图该巷道主要处在煤8顶板至煤7底板岩层中，依次经过煤8、四灰、粉砂岩、三灰、粉砂岩、细砂岩、粉砂岩（见表1）。煤8上距煤7平均为38.99m，下距五灰平均36.32m。表1煤岩层岩性特征岩石名称厚度(m)岩性特征煤81.87黑色，中上部普遍含一层平均0.2m的炭质细砂

6、岩夹石，坚硬，f=6，为复杂结构、稳定的中厚煤层，f=1.5。四灰4.84灰色，坚硬，上部多含泥质及动物化石，底部常赋存二合顶，f=8。粉砂岩2.33深灰色，质细、性脆，节理发育，f=3～4。三灰0.33褐灰色，多含泥质，裂隙不发育，含动物碎屑化石，f=7。粉砂岩10.62深灰色，质细、性脆，节理发育，含少量植物化石及黄铁矿，f=3～4。细砂岩9.61灰白色，多为泥质胶结，下部呈互层状，含芦木等植物化石碎屑，f=6。粉砂岩5.73深灰色，质细、性脆，节理发育，含植物化石及煤纹，f=3～4。巷道范围煤岩层倾向N10°W，走向及岩层倾角稳定，平均倾角15°。该范围内地质构造较

7、复杂，其中f1断层为东升西降的斜交正断层，-480东大巷揭露落差2.5m；f2为东升西降的斜交正断层，-480副巷揭露落差7m。表2断层产状参数构造名称走向（°）倾向倾角（°）性质落差（m）f134NW60正断层2.5f253NW69正断层5～7水仓、泵房、变电所投入使用前，发现巷道矿压显现明显，喷层开裂甚至大块脱落，两帮移近量大，底臌变形严重，泵房、变电所的起重梁被严重扭曲，先后进行两次大规模修复。从目前一些现象看，巷道变形仍处在持续发展阶段，随着时间的推移，变形破坏会进一步发展、加剧。如果不能找到控制巷道变形的有效措施，就