深井矿山工程加固技术

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1、深井矿山工程加固技术山东科技大学矿山工程研究所中煤学会矿井建设专业委员会委员中煤协会支护专业委员会专家组成员王明远教授7/23/20210一、深井概述1、深井的概念目前一般认为:垂深＜400m浅矿井;400～800m中深矿井；800～1200m深矿井；≥1200m超深矿井；在相同的地质条件下，巷道埋藏越深，支护越困难。2、深井带来的问题（1）应力高：自重应力通常大于18MPa；近期测试的深井巷道水平应力多大于垂直应力，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℃，

2、个别高达50～60℃。（3）渗透水压力大：深井水相互贯通，渗透压达7～8MPa。（4）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。7/23/202113、巷道埋深与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：锚杆规格Ø(16～18)×(1800～2000)mm的MSGLW-335无纵肋螺纹钢树脂锚杆，间排距800×800mm；Ø4mm钢筋网，网格100×100mm；喷射100mm厚的C20混凝土

3、的支护结构形式时，巷道埋深与变形情况如表1所示。7/23/20212序号巷道埋深(m)巷道变形及破坏情况治理改进方案1＜400m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。2400～600m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

4、的地段应注浆加固。3600～800m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>800m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，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。表1巷道埋深与变形情况统计表7/23/20213二、影响巷道稳定的因素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

5、性质：主要是强度指标(Rc)；②岩体性质：层理、节理和裂隙等。（2）岩层物相：产生膨胀、蠕变、流变的矿物成分，如蒙托石、伊利石、高岭石的含量。（3）地应力与地质构造重点是位于向斜、背斜轴部、与断层走向一致或过断层段的巷道。（4）地下水：水温、含水层、含水带的沟通（5）地温：如龙固、赵楼矿高达42～48℃。7/23/202142、主观因素（1）巷道布置于开挖顺序两条巷道平行，其间隔岩柱小于巷道开挖宽度的3倍时，产生应力叠加，先开挖巷道受后开挖巷道再次应力分布叠加，更易使巷道变形破坏。（2）巷道断面尺寸和形状巷道开挖表面积与巷

6、道稳定程度成反比，其形状越接近圆形越有利于稳定。（3）支护材料与结构形式支护材料主要是强度和弹塑性。结构形式主要指改变围岩应力状态的方式，如锚杆、锚索起悬吊、挤压、加固作用，网喷起表面封闭和调节应力集中作用；注浆则将松散破碎岩体粘结成整体，起固结强化并改善围岩应力状态等主动支护作用。7/23/20215（4）支护参数支护参数主要指材料的强度、规格、型号，结构原理、方式，支护结构在围岩中的布置密度、形式等。如锚杆材料、锚固形式，直径、长度、锚固力、预紧力；锚杆布置方式、间排距等。重点是支护强度大于外力强度临界值。（5）施工工

7、艺与质量开挖方式对围岩扰动程度和范围，所以光面爆破，降低装药量是保护围岩的有效方法；支护顺序和时间；支护设备及工艺过程；施工操作执行力与质量标准；检验评价方法；质量管理方法；质量控制体系等。前五条为客观因素，后五条为主观因素。7/23/20216三、控制巷道围岩的主要途径1、提高围岩自身强度（1）基本原理①“先抗后让，强支弱护，保持完整，减少松动”；②“内实外松，近压远拉，环带连续，异体胶结”。（2）主要支护形式：锚、网、喷、索、梁、注。（3）主要支护材料①锚杆及配件：高强、预应力、缓压、精加工、拱形托盘、转动垫圈、长锚固

8、段。杆体强度KMG500以上的钢材，Ф≥22mm，L≥2m，锚固端≥600mm;延伸率2～3%。（见图1高强预应力锚杆）7/23/20217高强高预应力让压锚杆——让压前图片预应力让压锚杆——让压后图片图1高强高预应力让压锚杆结构图（美国济宁捷马公司产品）7/23/20218②合理参数：（3）锚索：Ф≥