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摘 要:根据安阳鑫龙集团红岭煤矿14采区轨道下山压力集中,围岩破碎,巷道变形严重的情况,分析其产生变形破坏的原因,并总结出了针对应力集中带巷道的棚—索耦合支护技术。该技术实施后提高了巷道的稳定性,避免了重复维修巷道给安全生产造成的损失,为类似地质条件巷道的维修提供了依据。
关键词:压力 巷道 耦合 协同支护
中图分类号:TD3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0085-01
紅岭煤矿14采区轨道下山因受采空区与断层影响,巷道压力较大,变形严重,维修频繁,矿井的安全生产难以保障。在分析了巷道破坏原因的基础上,提出了棚-索耦合协同支护的施工方案,并进行了试验。试验表明,该技术支护效果良好,有效的控制了巷道围岩的变形和破坏,使巷道维护周期延长。改善了生产环境,为运输、通风、行人及矿井质量标准化建设创造了良好的条件,保证了巷道服务期内的稳定性。
1 巷道变形特征及机理分析
14采区轨道下山位于FB57与F407断层之间,且两条断层落差均在40m以上,中部派生小断层10余条,落差均在3～5m之间,14采区为两翼开采,两翼均为采空区,该巷道在煤层中掘进,巷道围岩中含粘土性矿物,岩体强度不高,围岩节理裂隙非常发育,巷道两翼14101、14071、14141工作面均在近3年内回采结束,造成该巷道地压大,围岩破碎,巷道变形严重。
1.1 原有支护情况
14采区轨道下山采用29U型钢架棚支护,为直腿半圆拱形断面,支架间距700mm,支架顶梁与柱腿采用两道卡缆进行连接,支架间采用五道连板进行连接,连板按照巷道腰线方向安装,在距底板向上700mm两边各使用一道,梁柱之间的卡缆向上200mm处各使用一道,支架顶梁中央使用一道。架间背设铁背板,背板间距700mm。巷道处在动压影响下,顶板网兜、裂隙、脱层现象较为严重,为防止围岩产生较大变形,改善支护状况,将支架间的背板由原间距700mm更改为500mm,卡缆由两道更改为三道,但支架整体支撑能力仍然较弱,扭曲、变形、巷帮内移现象仍然较多,围岩变形无较大改善,每年需进行大量的工程返修。
1.2 巷道破坏原因分析
(1)受巷道两帮采空区的影响。14采区轨道下山经受两翼工作面多次跨采,影响范围大,应力水平高,极易造成巷道围岩的屈服变形。(2)支护与围岩不耦合。支护体的不耦合表现为支护体的刚度小于围岩的刚度,即在强度、刚度及结构上支护体和围岩的不耦合,造成支护体局部扭曲变形,支护的整体结构失稳。采用U型钢棚支护过程中巷道支架与围岩多局部承载,造成巷道围岩得不到足够的支护,使围岩受力状态恶化,支护荷载增加,最终使整个支护体破坏。巷道经过多次维修后,致使巷道围岩大面积活动,围岩更加松软破碎,结构不稳定。(3)围岩松碎完整性差。巷道经过多次扩修维护后,周围岩体更加破碎,裂隙发育更加完全,在动压作用下更容易产生强烈变形。
2 棚—索耦合支护技术思路与支护技术方案
2.1 耦合支护技术路线
技术路线:根据14采区轨道下山巷道围岩的变形特征、围岩岩性和U型钢棚的结构稳定性特点,通过锚索补偿实现基本支护的结构稳定性,补偿的强度能有效的限制松动破坏区发展,控制围岩体变形,达到预期的支护效果;但结构补偿不是单纯的补强或加强支护,在围岩出现局部失稳前及时进行结构补偿,来提高支护与围岩的整体结构稳定性。
2.2 棚—索耦合支护技术方案
14采区轨道下山经过多次维修后,巷道围岩破碎、松动程度加剧,锚网支护已经难以将围岩形成较为稳定的承载结构,而单一的被动支护无法控制塑性区向围岩深部扩展,必然会导致巷道支护的破坏失稳。因此,通过分析,对14采区轨道下山提出了棚—索耦合支护技术方案。
(1)1基本支护。巷道扩修基本支护采用U29型钢棚进行支护,巷道断面:净宽3500mm;净高3000mm;支架外扎角10°;棚距500mm。支架梁与柱腿搭接采用三道卡缆进行连接,卡缆螺栓预紧力不低于250N.m。
(2)协同耦合支护。巷道采用锚索进行结构补偿,锚索规格:Φ18.9mm×5000mm,锚索预紧力大于30MPa,根据围岩的失稳变形特征,在巷道两肩与墙中位置布置锚索进行结构补偿,锚索的补偿将主动支护与被动支护很好的耦合在一起,从而保证了支架结构的稳定性,提高了支架在巷道中抗侧压的能力,同时也把岩体自身的载荷转化为岩体承载结构的作用,改变了只有被动支护消极承载的弱点。
3 支护效果分析
为了分析围岩变形情况以及耦合支护后的效果,对该巷道扩修后的断面变形情况进行了观测。采用棚-索耦合协同支护技术后,抵抗巷道压力效果较好,平均月变形量约为0.04m2,围岩移动速度较慢,延长了巷道的巷修周期。
4 结语
(1)对于围岩比较破碎、松动圈比较大的巷道棚-索耦合支护可以很好的阻止这种地质条件带来的压力,缩短巷修周期,减少重复劳动。对于地压大、围岩破碎的巷道,必须保证支护体整体结构与围岩紧粘在一起,构成一个复合体共同支护围岩,才能更好地抑制围岩产生较大变形,达到稳定岩体的目的,以充分发挥和提高支护—围岩结构的承载能力。(2)棚-索耦合支护主要是2个方面的耦合:一方面使被动支护和巷道围岩耦合;另一方面通过主动支护来提高围岩的自身支撑能力和稳定性,将这种主—被动支护耦合在一起,以此来共同承受巷道压力。(3)补偿原则:在围岩局部结构变形、失稳之前及时的采取主动锚索支护措施进行结构补偿,有效地控制和调整围岩的应力重分布,使围岩的扰动影响控制在最小范围内,提高围岩强度,加强围岩自身承载能力,且能够一定程度上减轻被动支护U型钢棚的载荷,从根本上改变了以往支护消极承担围岩应力的弱点。
参考文献
[1] 田磊,谢文兵,荆升国,等.综放跨采巷道棚—索耦合协同支护技术［J］.煤炭科学技术,2011,39(11):44-47．
[2] 陈书楷,牛国庆．综放跨采时底板上山的加固及变形门［J］.矿山压力与顶板管理,2005,22(4):60-62．
关键词:压力 巷道 耦合 协同支护
中图分类号:TD3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0085-01
紅岭煤矿14采区轨道下山因受采空区与断层影响,巷道压力较大,变形严重,维修频繁,矿井的安全生产难以保障。在分析了巷道破坏原因的基础上,提出了棚-索耦合协同支护的施工方案,并进行了试验。试验表明,该技术支护效果良好,有效的控制了巷道围岩的变形和破坏,使巷道维护周期延长。改善了生产环境,为运输、通风、行人及矿井质量标准化建设创造了良好的条件,保证了巷道服务期内的稳定性。
1 巷道变形特征及机理分析
14采区轨道下山位于FB57与F407断层之间,且两条断层落差均在40m以上,中部派生小断层10余条,落差均在3～5m之间,14采区为两翼开采,两翼均为采空区,该巷道在煤层中掘进,巷道围岩中含粘土性矿物,岩体强度不高,围岩节理裂隙非常发育,巷道两翼14101、14071、14141工作面均在近3年内回采结束,造成该巷道地压大,围岩破碎,巷道变形严重。
1.1 原有支护情况
14采区轨道下山采用29U型钢架棚支护,为直腿半圆拱形断面,支架间距700mm,支架顶梁与柱腿采用两道卡缆进行连接,支架间采用五道连板进行连接,连板按照巷道腰线方向安装,在距底板向上700mm两边各使用一道,梁柱之间的卡缆向上200mm处各使用一道,支架顶梁中央使用一道。架间背设铁背板,背板间距700mm。巷道处在动压影响下,顶板网兜、裂隙、脱层现象较为严重,为防止围岩产生较大变形,改善支护状况,将支架间的背板由原间距700mm更改为500mm,卡缆由两道更改为三道,但支架整体支撑能力仍然较弱,扭曲、变形、巷帮内移现象仍然较多,围岩变形无较大改善,每年需进行大量的工程返修。
1.2 巷道破坏原因分析
(1)受巷道两帮采空区的影响。14采区轨道下山经受两翼工作面多次跨采,影响范围大,应力水平高,极易造成巷道围岩的屈服变形。(2)支护与围岩不耦合。支护体的不耦合表现为支护体的刚度小于围岩的刚度,即在强度、刚度及结构上支护体和围岩的不耦合,造成支护体局部扭曲变形,支护的整体结构失稳。采用U型钢棚支护过程中巷道支架与围岩多局部承载,造成巷道围岩得不到足够的支护,使围岩受力状态恶化,支护荷载增加,最终使整个支护体破坏。巷道经过多次维修后,致使巷道围岩大面积活动,围岩更加松软破碎,结构不稳定。(3)围岩松碎完整性差。巷道经过多次扩修维护后,周围岩体更加破碎,裂隙发育更加完全,在动压作用下更容易产生强烈变形。
2 棚—索耦合支护技术思路与支护技术方案
2.1 耦合支护技术路线
技术路线:根据14采区轨道下山巷道围岩的变形特征、围岩岩性和U型钢棚的结构稳定性特点,通过锚索补偿实现基本支护的结构稳定性,补偿的强度能有效的限制松动破坏区发展,控制围岩体变形,达到预期的支护效果;但结构补偿不是单纯的补强或加强支护,在围岩出现局部失稳前及时进行结构补偿,来提高支护与围岩的整体结构稳定性。
2.2 棚—索耦合支护技术方案
14采区轨道下山经过多次维修后,巷道围岩破碎、松动程度加剧,锚网支护已经难以将围岩形成较为稳定的承载结构,而单一的被动支护无法控制塑性区向围岩深部扩展,必然会导致巷道支护的破坏失稳。因此,通过分析,对14采区轨道下山提出了棚—索耦合支护技术方案。
(1)1基本支护。巷道扩修基本支护采用U29型钢棚进行支护,巷道断面:净宽3500mm;净高3000mm;支架外扎角10°;棚距500mm。支架梁与柱腿搭接采用三道卡缆进行连接,卡缆螺栓预紧力不低于250N.m。
(2)协同耦合支护。巷道采用锚索进行结构补偿,锚索规格:Φ18.9mm×5000mm,锚索预紧力大于30MPa,根据围岩的失稳变形特征,在巷道两肩与墙中位置布置锚索进行结构补偿,锚索的补偿将主动支护与被动支护很好的耦合在一起,从而保证了支架结构的稳定性,提高了支架在巷道中抗侧压的能力,同时也把岩体自身的载荷转化为岩体承载结构的作用,改变了只有被动支护消极承载的弱点。
3 支护效果分析
为了分析围岩变形情况以及耦合支护后的效果,对该巷道扩修后的断面变形情况进行了观测。采用棚-索耦合协同支护技术后,抵抗巷道压力效果较好,平均月变形量约为0.04m2,围岩移动速度较慢,延长了巷道的巷修周期。
4 结语
(1)对于围岩比较破碎、松动圈比较大的巷道棚-索耦合支护可以很好的阻止这种地质条件带来的压力,缩短巷修周期,减少重复劳动。对于地压大、围岩破碎的巷道,必须保证支护体整体结构与围岩紧粘在一起,构成一个复合体共同支护围岩,才能更好地抑制围岩产生较大变形,达到稳定岩体的目的,以充分发挥和提高支护—围岩结构的承载能力。(2)棚-索耦合支护主要是2个方面的耦合:一方面使被动支护和巷道围岩耦合;另一方面通过主动支护来提高围岩的自身支撑能力和稳定性,将这种主—被动支护耦合在一起,以此来共同承受巷道压力。(3)补偿原则:在围岩局部结构变形、失稳之前及时的采取主动锚索支护措施进行结构补偿,有效地控制和调整围岩的应力重分布,使围岩的扰动影响控制在最小范围内,提高围岩强度,加强围岩自身承载能力,且能够一定程度上减轻被动支护U型钢棚的载荷,从根本上改变了以往支护消极承担围岩应力的弱点。
参考文献
[1] 田磊,谢文兵,荆升国,等.综放跨采巷道棚—索耦合协同支护技术［J］.煤炭科学技术,2011,39(11):44-47．
[2] 陈书楷,牛国庆．综放跨采时底板上山的加固及变形门［J］.矿山压力与顶板管理,2005,22(4):60-62．