千米深井巷道圍巖控制技術(shù).ppt

1、千米深井巷道圍巖控制技術(shù)研究，河北金牛能源股份有限公司，1 .煤礦巷道支護(hù)理論和技術(shù)現(xiàn)狀，中國煤礦巷道布局發(fā)展趨勢巷道支護(hù)技術(shù)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀對巷道支護(hù)存在問題的邢東礦開拓巷道支護(hù)問題， 中國煤礦巷道布局的發(fā)展趨勢巖巷到煤巷巖石頂板煤巷到煤層頂板巷和全煤巷的發(fā)展巷道拱型斷面矩形斷面發(fā)展巷道從小斷面到大斷面發(fā)展單巷的布局到多巷發(fā)展巷道的埋深從淺部到深部的發(fā)展簡單地質(zhì)條件巷道到復(fù)雜地質(zhì)條件的發(fā)展， 巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀木支護(hù)鋪裝磯支護(hù)型鋼支護(hù)錨固支護(hù)(必不可少的技術(shù))巖巷大斷面巷道、煤頂和全煤巷道、空掘巷道、破碎圍巖巷道(成功應(yīng)用)深部高應(yīng)力巷道支護(hù)：錨固、以錨固支護(hù)為主的錨噴、錨噴、錨固鋼

2、筋混凝土多種錨固支撐理論高強(qiáng)錨固和錨固支撐技術(shù)的認(rèn)可和應(yīng)用巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速原位測試系統(tǒng)動態(tài)性、系統(tǒng)性、信息性錨固支撐修訂方法的普遍認(rèn)可和應(yīng)用高強(qiáng)、 高剛性樹脂錨桿支護(hù)系統(tǒng)性能優(yōu)異的單體風(fēng)動與液壓錨桿鉆孔錨固技術(shù)、巷道支護(hù)存在問題，深部普通錨桿支護(hù)存在巨大困難錨桿支護(hù)理論不完善，二次支護(hù)理論存在巨大挑戰(zhàn)的深部普通高強(qiáng)度錨桿、 對錨桿支護(hù)效果差的錨桿支護(hù)體系對剛度的重要性認(rèn)識不足嚴(yán)重影響支護(hù)效果的組合構(gòu)件認(rèn)識不足小孔徑錨索深部巷道支護(hù)密度大、掘進(jìn)速度低、有邢東礦開拓巷道支護(hù)的問題、掘進(jìn)深度大(1000m ) 地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層構(gòu)造帶多，圍巖壓力大，給巷道支護(hù)、維護(hù)帶來很大困難20MnSi )，

3、小孔徑錨索(15.24mm5.0m )，但有些地區(qū)仍然難以維持兩次維修，影響生產(chǎn)，支護(hù)成本高2.-980m水平巷道圍巖構(gòu)造特征分析、地質(zhì)構(gòu)造、巷道位置應(yīng)力巷道圍巖條件及巷道穩(wěn)定性指數(shù)圍巖控制特征、 SF17 H=0-12m、Fx-9 H=4、Fx-11H=2、地應(yīng)力、2#煤及頂?shù)装鍘r石力學(xué)殘奧儀、巷道穩(wěn)定性、圍巖控制特征、 服務(wù)時間長達(dá)20年以上水平應(yīng)力大的邢東礦圍巖變形特征深井錨桿強(qiáng)力支護(hù)原理高預(yù)應(yīng)力作用下巖體響應(yīng)規(guī)律錨桿支護(hù)強(qiáng)度對圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化分析、邢東礦圍巖變形特征分析、巷道圍巖塑性區(qū)巷道埋深變化規(guī)律、 錨桿支護(hù)效果，2121工作面順槽(平均埋深1000m )頂錨桿： 20MnSi高強(qiáng)度

4、錨桿頂錨桿： 17.8L6500，間隔：輸送通道21.8m，輸送通道1.752.7m； 錨桿： 20L2100全長錨桿，750900錨索： 15.24L4500，間隔：運輸通道21.8m，運輸通道1.752.7m； 頂板下沉大，可達(dá)210，變形量大，穩(wěn)定時間長，巷道整體支護(hù)效果好。 主副暗斜井(8101150m )頂錨： 20MnSi全螺紋錨，22L2400，螺距700600錨： 20MnSi全螺紋錨，18L2100，間隔650600頂錨： 15.24L5000，螺距2 錨索： 15.24L6500，間隔：1.22.3m； 支護(hù)效果：兩組變形量大，可達(dá)350，頂板下沉小，但底恥嚴(yán)重，經(jīng)3次清底

5、巷道基本可滿足使用要求。存在問題：錨固強(qiáng)度低、預(yù)應(yīng)力低、支護(hù)系統(tǒng)剛度低、深井錨固強(qiáng)力支護(hù)原理、錨固系統(tǒng)剛度和預(yù)應(yīng)力重要錨固支護(hù)強(qiáng)度的重要巷道掘進(jìn)速度對強(qiáng)力支護(hù)的約束強(qiáng)度低、密度高，掘進(jìn)速度不能提高高預(yù)應(yīng)力作用下巖體響應(yīng)規(guī)律、修正結(jié)果、單錨、單錨、錨-錨協(xié)同支護(hù)、不同支護(hù)方式的比較、錨支護(hù)強(qiáng)度作用下圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化分析、錨固固體力學(xué)特性的改善情況、錨體強(qiáng)化理論是強(qiáng)力支護(hù)的理論基礎(chǔ)， 4基于強(qiáng)力支護(hù)的深井錨-錨-圍巖協(xié)調(diào)支護(hù)技術(shù)研究，錨的協(xié)調(diào)分析深井煤巷錨-錨協(xié)調(diào)作用原理分析錨協(xié)調(diào)支護(hù)方法，錨-錨之間的協(xié)調(diào)分析錨共同加固圍巖條件差時， 支護(hù)失敗錨-錨協(xié)調(diào)支護(hù)在巷道開挖支護(hù)初期，以錨的柔性支護(hù)為主的兩

6、者并非同時加強(qiáng)共同支護(hù)，而是相互協(xié)調(diào)，取長補(bǔ)缺，大幅度改善錨支護(hù)的整體支護(hù)性能，達(dá)到控制圍巖大變形的目的。錨碇圍巖間協(xié)調(diào)分析時支撐軸力、伸長量全長的錨固增加圍巖抗變形能力保護(hù)表構(gòu)件增加預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散，錨固與圍巖間協(xié)調(diào)分析延遲安裝，合理安裝時間將巷道表面松動破壞巖體懸掛在深部穩(wěn)定巖體下，圍巖自承載能力合理錨固長度2m的錨索為18.9mm，鉆頭29藥卷Z2360，保護(hù)構(gòu)件和圍巖變形協(xié)調(diào)分析維持組合拱的存在，防止巖體掉落，實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力支護(hù)的必要設(shè)施(錨盤、金屬網(wǎng)、鋼帶梁、梯梁)為錨減小錨點間距，提高巷道掘進(jìn)深井煤巷錨固協(xié)調(diào)作用原理分析，煤巷錨固協(xié)調(diào)作用原理研究，錨固聯(lián)合加固原理，軟弱圍巖聯(lián)合加固，軟弱圍巖

7、互補(bǔ)原理，錨固錨固協(xié)調(diào)支護(hù)方法， 防止圍巖變形過程中錨桿斷裂，適應(yīng)圍巖大變形的技術(shù)路徑為： (不在本課題研究范圍內(nèi))，利用支護(hù)結(jié)構(gòu)和錨桿改變支護(hù)巷道圍巖變形破壞特征，提高錨桿的適應(yīng)性。改善錨索支護(hù)性能的方法：木背板延遲掘進(jìn)合理配置錨索安裝錨索位置增加錨索相關(guān)構(gòu)件的協(xié)調(diào)性鋼帶、鋼絲網(wǎng)作用、錨索伸長量3050，頂板比較穩(wěn)定，在錨索支護(hù)作用下掘進(jìn)這允許頂板錨索緩慢掘進(jìn)安裝頭，同時安裝錨索和錨索不影響巷道掘進(jìn)速度，在降低施工效率的掘進(jìn)迎頭頂板破裂、自我穩(wěn)定性差時，在錨桿支護(hù)后防止突出如果錨索延遲安裝要求在掘進(jìn)迎頭之后安裝，可能會引起鉆頭成形不良，難以安裝錨索，要求在掘進(jìn)頭安裝錨索的錨帶網(wǎng)的頂板會下沉8

8、0120 兩條錨索位于巷道寬度的1/4和3/4處，其中頂板下沉量一般為中部頂板下沉量的1/21/3。、5工程設(shè)施修訂、-980m大斷面泵房-980m水平巖石聯(lián)絡(luò)巷道二水平主副暗斜井、-980m大斷面泵房、方案設(shè)施修訂點數(shù)值模擬現(xiàn)場觀測、方案設(shè)施修訂點、高強(qiáng)度錨桿強(qiáng)力支護(hù)、強(qiáng)力錨桿加固、錨桿錨桿協(xié)調(diào)作用圍巖澆注、加固底板澆注底拱、澆注混凝土、數(shù)值模擬、數(shù)值模型、配管室頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)、支護(hù)方案、普通錨固噴涂保護(hù)、錨固底板反拱噴涂混凝土支護(hù)、監(jiān)測線、模擬結(jié)果、塑性區(qū)、軸工、 錨注錨桿反拱支護(hù)采用全長樹脂錨固方式、錨固加固方式對頂助圍巖進(jìn)行有效控制，同時底板采用錨注加固和混凝土反拱方式，減輕了管道

9、室底部的恥辱。 數(shù)值模擬的初步結(jié)果表明，泵房支護(hù)的初步設(shè)置修訂是合理的。 現(xiàn)場監(jiān)測、部分監(jiān)測成果、工業(yè)試驗效果、錨注底拱支護(hù)有效地控制了圍巖變形，在觀測期間，從各測點到圍巖穩(wěn)定，兩組最大移動量為127mm，最小為117mm。 變形穩(wěn)定后，兩組最大移動速度為0.2/天，基本穩(wěn)定。 觀測期間的最大底恥量為130mm，最小為115mm，巷道底恥速度下沉速度穩(wěn)定在0.1/天。 配管室支護(hù)完成后30天左右變形劇烈，45天后變形速度降低到1/天以下。 頂板離層觀測表明，頂板錨定區(qū)內(nèi)外離層值之和最大為5mm，錨定支撐有效抑制了頂板下沉，頂板錨定殘奧儀表的設(shè)置修訂較為合理。 根據(jù)錨桿錨桿承受的力的監(jiān)測，錨桿承

10、受的力在病房開挖后30m的范圍內(nèi)最快地增加，然后增加鈍化，最大13t，錨桿最大27t。 隨著時間的推移，錨索受力的總體趨勢逐漸增加。 -980m水平巖石聯(lián)絡(luò)巷道，方案設(shè)置修正點數(shù)值模擬現(xiàn)場觀測，方案設(shè)置修正點，斷面高錨噴網(wǎng)支護(hù)體系，高強(qiáng)錨固協(xié)調(diào)支護(hù)技術(shù)二次支護(hù)，澆注強(qiáng)化，固結(jié)強(qiáng)化圍巖，強(qiáng)化角控底恥適時u型鋼全斷面加固，錨固混凝土局部監(jiān)測成果工業(yè)性試驗結(jié)果表明，盡管采用了高強(qiáng)度支護(hù)，深井巷道圍巖仍有一定的變形，但由于采用了預(yù)留斷面，圍巖的變形保持在可控范圍內(nèi)，從而保證了巷道變形穩(wěn)定的斷面滿足使用要求。 這種修改設(shè)定的想法是正確的。 (2)巖石聯(lián)絡(luò)巷道采用22L3000mm高強(qiáng)錨桿，加長樹脂錨桿，

11、17.8L6500mm錨桿加強(qiáng)支護(hù)，兩者之間協(xié)調(diào)支護(hù)，混凝土分兩次噴射。 實踐證明，分支保護(hù)殘奧儀表的選擇是正確的。二水平主副暗斜井、方案設(shè)置點數(shù)值模擬現(xiàn)場觀測、方案設(shè)置點、高阻抗讓壓、預(yù)留強(qiáng)力支護(hù)斷面的錨桿錨桿協(xié)調(diào)支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)：錨桿、錨桿高彈力、錨桿、網(wǎng)、協(xié)調(diào)支護(hù)技術(shù)、預(yù)應(yīng)力協(xié)調(diào)技術(shù)、底角錨桿控制錨桿協(xié)調(diào)支護(hù)，數(shù)值模擬，數(shù)值模型，主副暗斜井巖石力學(xué)性質(zhì)，模擬結(jié)果只需調(diào)整兩者的安裝順序或增加錨索的伸長率，即可實現(xiàn)協(xié)調(diào)支護(hù)。 現(xiàn)場監(jiān)測，部分監(jiān)測成果，支護(hù)殘奧表的修改，頂板和兩個錨的支護(hù)長度增加到3.0m，每列錨索增加到3根，觀測結(jié)果，改善的支護(hù)有效地控制了圍巖的變形，在觀測期間，8號站的最大移動

12、量是80 %8號站和9號站均改變了支護(hù)形式，前期，9號站盡管開采深度增大，但仍顯現(xiàn)出圍巖的控制效果。 在觀測期間，8號站的天花板里面的最大移動量為85mm，最小為38mm，胡同的天花板里面的移動速度為1.5/d左右，胡同的穩(wěn)定時間長。 結(jié)合木板的壓縮量和錨索的伸長量可以滿足頂板下沉量的需要，保證錨索不斷裂，實現(xiàn)了錨索和錨索的協(xié)調(diào)。 觀測結(jié)果表明，加強(qiáng)支護(hù)后，頂板接近量和兩組位移大大降低，且錨、錨索等完整率高，改進(jìn)的支護(hù)方式能夠控制圍巖變形，支護(hù)成功。 作為課題結(jié)論，本項目根據(jù)邢東礦千米深井高應(yīng)力區(qū)域開拓巷道開挖特征，在該礦-980m水平開拓巷道和管道室支護(hù)問題，提出了基于圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論的錨桿

13、錨桿強(qiáng)力支護(hù)原理、錨桿協(xié)調(diào)支護(hù)原理。 主要結(jié)論是：從圍巖條件、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和地應(yīng)力幾個方面分析邢東礦大埋深煤層開拓巷道的圍巖構(gòu)造特征，斷層在對暗斜井掘進(jìn)支護(hù)有一定影響的掘進(jìn)過程中，斷層附近有水，但水量少的區(qū)域內(nèi)的主應(yīng)力方向與暗斜井斜交，暗斜井兩側(cè)呈非對稱變化提出了深井強(qiáng)力支護(hù)的概念，論證了預(yù)應(yīng)力對巷道圍巖強(qiáng)度的影響規(guī)律，采用數(shù)值模擬方法測定錨固、錨固及兩者共同作用下預(yù)應(yīng)力在錨固巖體中的擴(kuò)散及衰減規(guī)律，即巖體表面預(yù)應(yīng)力的影響范圍是托盤寬度的15倍激烈的影響范圍在托盤下方區(qū)域即錨絲(桿)的深度方向上附加應(yīng)力和變形逐漸減少，深度與錨絲(桿)的長度大致相當(dāng)，在錨絲末端的一定范圍出現(xiàn)拉伸應(yīng)力，然后

14、隨著距離的深度拉伸應(yīng)力消失，呈現(xiàn)壓力狀態(tài)。 在分析現(xiàn)有錨固支護(hù)理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出并分析了錨固及保護(hù)表構(gòu)件與圍巖的相互協(xié)調(diào)關(guān)系。 錨桿支護(hù)的協(xié)調(diào)支護(hù)機(jī)制，即發(fā)揮錨桿和錨桿自身的優(yōu)勢，巷道開挖支護(hù)初期，以錨桿的柔性支護(hù)為主，后期以錨桿的懸掛作用為主，兩者相互取長補(bǔ)缺，改善錨桿支護(hù)的整體支護(hù)性能，控制圍巖的大變形其關(guān)鍵是根據(jù)巷道圍巖的條件，采用合理的錨桿支護(hù)形式和殘奧儀表，選擇相應(yīng)的錨桿支護(hù)方法。 為了實現(xiàn)錨索的協(xié)調(diào)支護(hù)，提出了改善錨索支護(hù)性能的方法：增加木墊、延遲安裝、改變錨索位置、錨索相關(guān)構(gòu)件的協(xié)調(diào)性以及預(yù)應(yīng)力的有效擴(kuò)散等措施。 提出了巷道圍巖控制設(shè)施修訂的總體構(gòu)想：預(yù)留高阻抗讓壓、強(qiáng)力支護(hù)斷面，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用數(shù)值模擬提出了錨索及加強(qiáng)支護(hù)的關(guān)殘奧儀表，提出了高應(yīng)力區(qū)域管道室、巖石聯(lián)絡(luò)通道、主暗斜井初期支護(hù)方案。 提出了高應(yīng)力區(qū)域圍巖控制的關(guān)鍵技術(shù)：錨桿、錨桿高彈力錨桿、錨桿、圍巖、網(wǎng)構(gòu)件協(xié)調(diào)支護(hù)技術(shù)底角錨桿控制底恥技術(shù)澆注加固技術(shù)。 采用理論分析、工程類比、動態(tài)設(shè)置修訂、系統(tǒng)分析方法對邢東礦高應(yīng)力區(qū)巷道進(jìn)行了支護(hù)修訂和工業(yè)性試驗。 結(jié)果表明，該修復(fù)方法能夠解決深井高應(yīng)力區(qū)開拓巷道的支護(hù)問題。利潤分析、直接經(jīng)濟(jì)利潤主暗斜井經(jīng)濟(jì)利潤綜合支護(hù)費用和