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矿井深部开采软岩巷道支护方式

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     深部开采出现了一系列新问题和新特点,其中岩石压力大,巷道位移量显著增大,支架损坏严重,巷道维护异常困难。其围石性质表现出软岩的巷道围岩性质,所以煤炭生产建设形势迫切要求对深部开采软岩巷道问题进行深入研究。

    1.软岩的工程特性

    1.1 软岩的力学属性。软岩中泥质矿物成分和结构面决定了软岩的力学特性。显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。软岩的膨胀性质是在物理、化学、力学等因素的作用下,产生体积变化的现象,其膨胀机理有:内部膨胀、外部膨胀和应力扩容膨胀三种。工程中的软岩膨胀为复合膨胀形式。

    1.2 软岩的临界载荷。随着应力水平的提高,特别是围压的增大,岩石产生的塑性变形明显增加,使得在低应力水平下表现为硬岩特性的岩石,在提高了应力水平下显示出显著的塑性变形。

    1.3 软岩的临界深度。与软化临界荷载相对应,岩石亦存在着一个软化临界深度。对给定矿区,软化临界深度也是一个客观量。当地下工程埋深大约软化临界深度时,围岩出现大变形,大地压和难支护现象;当地下工程埋深小于该临界深度时,则围岩的大变形,大地压现象消失,巷道支护容易。

    2. 软岩巷道和硬岩巷道支护原理截然不同,只是它们的本构关系不同决定的。硬岩巷道支护不允许硬岩进入塑性,因为进入塑性的硬岩将丧失承载能力。而软岩巷道支护必须允许软岩进入塑性状态,而且以达到其最大塑性承载能力为最佳,软岩巷道支护的另一个独特之处是,其巨大的塑性能(如膨胀变形能等)必须以某种形式释放出来。

    3. 最佳支护时间和最佳支护时段

      软岩巷道开挖后,巷道围岩变形会逐渐加大。按变形速度划分,可划分3个阶段:减速变形阶段、近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。当进入加速变形阶段时,岩体本身结构改组,产生新裂纹,强度大大降低。解决此问题的关键是最佳支护时间概念的建立和最佳支护时段的确定。最佳支护时间的物理意义:巷道开挖以后,巷道围岩应力将重新分布,切向应力在巷壁附近发生高度集中,导致该区域的岩层屈服进入塑性工作状态,从而形成塑性区。

      据大多数的现场工程实践可知,软岩巷道的失稳和破坏是一个循序渐进的力学过程,是首先从一个或几个部位开始变形、损伤、进而导致整个支护系统的失稳破坏,这种首先破坏的部位,称之为关键部位。关键部位的产生是由于支护体力学特性与围岩的力学特性出现不耦合造成的。

     4. 煤矿软岩巷道控制方案

      U型钢可缩性金属支架支护方案。采用煤矿软岩巷道封闭切护式U型钢金属可缩支架,适用于巷道围岩为陷落柱、断层等较大范围地质破碎带时的巷道段支护。

     半圆拱型巷道锚喷、网加锚索联合支护方案。由于巷道地质条件和位置的不同,对支护要求存在差别,特别推荐利用锚喷网索联合支护方案。顶板及巷道两帮采用鑫天河聚酯纤维高强矿用支护网及螺纹钢等强锚杆喷浆支护。