加拿大地下矿山聚合物喷层支护方法的研究概况(一)

用聚合物喷层支护法部分或全部取代传统的岩层支护方法已日益引起加拿大采矿界的关注。从聚合物化学制品到水基胶结材料 ,已开发出种类繁多的喷层材料并在地下采矿工业中得到广泛应用。经过近 10年的开发 ,有关此类表面支护介质的性能得到了以下几点共识 :大范围的健康和安全评价表明 ,大多数材料在地下使用是安全可行的 ;它们具有岩层支护的巨大潜力 ,相当或大于传统支护方法的支护能力 ,如 ,锚杆 -金属网或喷射混凝土法的支护能力 ;它可迅速发挥效能和几乎立即产生支护能力 ,可为地下矿山业主提供可观的生产和成本效益。本文将评述加拿大采矿业当前可以利用的各种喷射支护材料及其开发历程 ,并将概述其支护、健康和安全、生产和成本效益等方面的问题     

加拿大地下矿山聚合物喷层支护方法的研究概况（一）

用聚合物喷层支护法部分或全部取代传统的岩层支护方法已日益引起加拿大采矿界的关注。从聚合物化学制品到水基胶结材料，已开发出种类繁多的喷层材料并在地下采矿工业中得以广泛应用。经过近10年的开发，有关此类表面支护介质的性能得以了以下几点共识：大范围的健康和安全评价表明，大多数材料在地下使用是安全可行的；它们具有岩层支护的巨大潜力，相当或大于传统支护方法的支护能力，如，锚杆－金属网或喷射混凝土法的支护能力；它可迅速发挥效能和几乎立即产生支护能力，可为地下矿山业主提供可观的生产和成本效益。本文将评述加拿大采矿业当前可以利用的各种喷射支护材料及其开发历程，并将概述其支护、健康和安全、生产和成本效益等方面的问题。     

弱胶结巷道新型聚合物喷层材料及其喷射支护技术研究

普通喷射混凝土支护技术存在喷射物料回弹率高、施工粉尘质量浓度大、喷层强度不均一等缺点,难以满足弱胶结软岩矿井高效生产要求。本文通过理论力学分析影响软岩巷道喷层支护性能的关键因素——黏结性、强度和延展性,并以普通喷射混凝土材料为基础,通过室内材料配比试验优化聚合物胶粉、抗裂短纤维、有机乳液等组分的掺量,确定新型聚合物喷层材料配比和力学性能;结合煤矿巷道等狭小地下空间喷射施工要求,对喷射系统(螺杆泵的动力源、喷射枪结构和搅拌进料系统)进行改造,构建满足煤矿巷道安全高效生产要求的新型聚合物喷层支护施工工艺。通过红庆梁煤矿井下100 m巷道支护对比试验发现:试验巷道施工半年后,在传统混凝土喷层支护下,含水段巷道表面完整性差,部分区域出现裂纹和渗水现象;而在新型聚合物喷层支护下,巷道表面完整较好,无裂纹和渗水现象,锚杆锚索受力也更小,说明新型聚合物喷层更有利于保障巷道围岩和支护结构的稳定性,更适合应用于西部弱胶结软岩巷道支护。     

加拿大地下矿山聚合物喷层支护方法的研究概况(二)

3　操作和成本效益工业规模试验也表明 ,作为一种快速方便的方法 ,聚合物喷层作为普通快速采掘过程中要求的短期支护手段具有很大益处(Ｅｓｐｌｅｙ Ｂｏｕｄｒｅａｕ ,1 999)。这种共同的一致看法系源于聚合物喷层的潜力在于通过提高支护循环效率 ,可提高掘进和采矿生产率 ,缩短采矿循环时间 ,由于减少支护作业的工伤事故 ,而增强矿山作业安全。在考虑支护成本和经济效益时 ,重要的问题在于检验实现支护系统所需的基本投资、直接生产成本(包括材料和人工 )以及完成支护活动所需的其他费用 (如 ,材料输送和设备维护 )。当确定各种系统的岩层…     

煤矿巷道绿色喷射封闭支护技术研究

在传统的喷射混凝土材料中,加入聚合物胶粉、抗裂短纤维、有机乳液等成分,研发了新型聚合物喷层,其力学性能明显优于传统的混凝土喷层,并对螺杆泵的动力源、喷射抢和搅拌进料系统进行改进,形成满足煤矿巷道等狭小地下空间工程施工要求的新型喷射机具。通过地面喷射试验和地下巷道喷射工业性试验,形成了新型聚合物喷层支护技术,具有喷射物料回弹率低、喷枪雾化效果好、粉尘污染程度小和喷层力学性能稳定等优点。     

巷道临时支护的喷射混凝土设计

通过对喷射混凝土支护作用的分析,结合实践,总结了各类岩层开挖时,用喷射混凝土进行临时支护的设计经验,并分析了确定超限岩层和膨胀岩层支护喷层厚度的理论设计方法.     

地下矿山大型机械化高效喷锚支护技术应用研究

通过对喷锚支护机理进行分析,得出喷锚支护失效的主要原因在于喷锚支护的刚度和极限变形量与围岩不匹配。针对矿区岩体松散破碎的特点及当前锚网支护方式存在的问题,开展了一系列机械化湿喷混凝土与树脂锚杆联合支护的工业性试验研究。首先,完成了聚丙烯纤维混凝土合理配比及抗压、抗拉等指标的试验,并确定了主斜坡道最佳喷层厚度为68~90 mm。其次,通过引进φ25 mm×2 400 mm树脂锚杆,采用全长锚固方式,逐步替代管缝式锚杆。实现了Boomer282双臂凿岩台车的机械化锚杆安装。两种支护方式的技术经济对比分析表明,湿喷混凝土与树脂锚杆相结合的支护形式每米支护成本相对较低、工程质量更可靠,尤其适用于松散破碎岩层中的巷道掘进支护。     

二次喷射成巷的支护工艺

用锚喷作永久支护的巷道中,目前大部分采用两掘一喷或一掘一喷的施工方法,紧跟迎头一次支护成巷。这种方法虽能及时封闭围岩、减缓围岩的变形和松动范围,但也存在一些弱点,对于松软岩层的巷道,经过初喷后一段时间,很可能出现喷层裂隙及脱落等不良现象。为确保锚喷支护的可靠性,减少质量事故,根据各地的经验及个人体会,认为在松软岩层将一次支护成巷改为二次支护成巷是比较合适的。     

煤矿薄喷技术的理论与实践

基于锚杆支护围岩强度强化理论、喷射混凝土支护局限性及存在问题、薄喷支护技术的特点及潜能,探讨了在锚喷网支护系统中进行喷、网支护结构创新的可能性。分析了薄喷支护机理及薄喷材料的力学性能,探索了一定条件下薄喷取代喷射混凝土及锚网支护的可能性,阐述了薄喷技术用于防风化与锈蚀、封闭瓦斯、深井隔热及代替锚网支护方面的研究进展,给出了在矿区进行防风化、防锈蚀及封闭避难硐室瓦斯的应用实例。预期薄喷技术将会促进构建适合锚喷支护新体系与巷道快速掘进新工艺的应用前景。     

煤矿薄喷支护技术发展现状及前景

基于锚杆支护围岩强度强化理论,喷射混凝土支护局限性及存在问题,薄喷支护技术的特点及潜能,探讨了锚喷网支护系统中,进行喷、网支护结构创新的可能性。分析与研究了薄喷支护技术的支护机理,薄喷材料的抗拉、附着、胶结等力学性能,探索了一定条件下薄喷支护取代喷射混凝土及锚网支护的可能性。阐述了薄喷技术用于防风化与锈蚀、封闭瓦斯、深井隔热及代替锚网支护方面的研究进展与成果。在东欢坨煤矿、王坡煤矿进行的防风化防锈蚀及封闭避难硐室瓦斯的应用案例表明,薄喷技术的研发,将会促进未来现代化矿山构建锚喷支护新体系与巷道快速掘进新工艺。     

新型高分子泡沫堵漏材料试验研究及工程应用

针对煤矿井下破碎煤岩体力学强度低、可注性差的特点,以有机树脂为基料,配以交联剂、发泡剂等添加剂,制备一种黏度低、膨胀倍数适宜、固结体力学强度较高的新型高分子泡沫堵漏材料。通过研究不同发泡剂添加量对材料性能的影响以及材料凝胶特性变化规律,得到了材料各组分最佳配合比;并开展堵漏模拟实验,结果表明:该材料能够渗透至10 μm以下的细微裂隙,与煤体结合稳定,相对于传统堵漏材料,该材料具有优越的堵漏效果。工程试验结果表明,采用高分子泡沫堵漏材料对抽采钻孔进行堵漏处理后能够显著提高钻孔瓦斯抽采效果,延长了钻孔的抽采周期,具有广阔的工程应用前景。     

软弱破碎围岩高强高预紧力支护技术与应用

为了达到对软弱破碎围岩巷道的一次支护到位,从加固破碎岩体、提高支护阻力和降低围岩采动应力3方面综合研究入手,提出了以高强高预紧力锚网喷主动支护为基础,配合U型钢可缩支架的支护方式,旨在使各支护方式在承载力上优势互补,并且充分调动围岩的承载能力,使支护体系与围岩形成承载整体。基于小康矿和木城涧矿等不同地质条件下的软弱破碎围岩巷道变形破坏原因,分析了软弱破碎围岩巷道破坏特征和高强高预紧力支护技术特点。现场试验结果表明,针对不同地质条件,高强高预紧力支护技术能够通过调动深部稳定岩层的承载能力和提供较大支护阻力等手段有效控制巷道围岩的剧烈收缩,并且一定程度上降低了工作面采动应力的影响,取得了良好的支护效果和经济效益。     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

利用ANSYS软件．通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度的影响．揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理．证明锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形．并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的。     

“三高一大”高强锚注支护工艺优化与应用研究

深部软岩巷道围岩本身强度低，自承能力差，具有易风化、遇水膨胀等特性，且应力水平高、来压快，导致巷道开挖后极易松动破碎，变形严重且持续时间长，难以实现巷道长期稳定。高强锚注支护技术采用高强锚注支护材料、高强抗缩性注浆材料、高压注浆模式对大范围围岩进行注浆加固，提高初期支护强度，采用最优化注浆参数和工艺实现浆液的全扩散和强固结，强化支护体系与围岩力学联系，在巷道周围形成不同深度和厚度的组合加固拱结构，提高围岩的整体性和承载能力，有效控制塑性区的发展和变形，保证了巷道长期稳定性。现场工程试验表明，采用高强锚注支护巷道围岩变形较小，帮部和顶部稳定性较好，对确保矿山的安全高效回采具有重要的意义。     

高水材料硬化体特性及其充填体力学作用机理分析

详细分析了高水材料硬化体多方面的特性,并从高水材料对其尾砂固结充填体力学性质的影响、高水固结充填体对采空区周围岩体的作用、高水因结充填与围岩共同作用等方面探讨了高水固结充填体的力学作用机理。研究结果表明,由于高水材料固结充填体具有速凝早强、高结晶水、强度再生、耐水等特性,使其充填作用效果明显优于普通胶结材料充填体,且更适用于深部高应力环境及复杂应力条件下的充填。     

沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道大变形控制对策

针对沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道开挖后出现冒顶、溃帮和底鼓等严重大变形现象,巷道难以维护的问题,采用X-ray衍射、SEM扫描、物理力学试验和吸水软化试验等方法,研究了弱胶结膨胀性软岩特性;结合现场实际对巷道变形破坏机理进行研究。结果表明:围岩的胶结程度差、膨胀性强、支护强度低,在剧烈开挖扰动作用下传统锚杆索支护与围岩变形不协调,不能充分发挥围岩自身承载能力,是弱胶结膨胀性软岩巷道破坏的主要原因。基于此,采用提高围岩自身承载能力、让压吸能、及时封闭、隔水加固的理念和以恒阻大变形为核心的让压吸能支护原理,提出恒阻大变形锚杆+钢筋网+混凝土喷层+恒阻大变形锚索+底角注浆锚管的支护方案,现场监测表明新支护较好地控制了弱胶结膨胀性围岩变形,应用效果良好。     

破碎围岩巷道锚网索喷注耦合支护技术的研究与应用

深部软岩巷道具有非线性大变形特征,单一的支护方式难以控制。锚网喷注支护是具有锚网喷支护与注浆加固共同作用的一种耦合主动支护方式,可以改变围岩力学参数,提高围岩强度。文章结合鹤岗矿业集团兴安矿四水平中央石门返修的工程实践,分析了锚网喷注支护的工程特点。经理论分析和工程应用表明,锚网喷注支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了深部软岩巷道变形问题,是一种有效控制深部软岩巷道变形的支护形式。     

土地整理可持续发展潜力研究

10年的土地整理工作主要集中在农地整理方面,新时期土地整理需拓宽工作领域,从更宽泛的渠道保证耕地红线,提高耕地质量,保障我国粮食安全。土地整理潜力主要应在建设用地复垦、灾毁地复垦、耕作层质量提高、新农村建设和城乡统筹等方面。本文采用归纳总结法和理论分析法,拓展土地整理外延,挖掘土地整理潜力,为土地整理工作可持续发展提供理论支撑。     

冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用

针对现有支护理论、支护方法不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题,建立了冲击地压作用下的巷道围岩与支护响应的动力学模型,分析了支护刚度和支护阻尼对上覆岩体动力响应的影响,并由此提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个新思路,即提高支护刚度和快速吸能让位支护。其中,提高支护刚度主要以研制高强度的巷道液压支架为主,通过采用刚度较大的梁体和工作阻力较高的液压支柱来增加支护体系的整体刚度;快速吸能让位支护则采用多孔泡沫金属材料或吸能构件来增大支护中的阻尼系数,即利用其优异的吸能特性使支护体系能够在围岩冲击下快速吸收冲击能并稳定地变形让位,最终防止支护体系失效与巷道破坏,并据此研发了一种新型防冲吸能巷道液压支架并准备进行现场试验研究。     

锚注技术在井筒修复实践中的应用

结合兴安矿四水平新副井井筒修复的工程实践,分析了锚注支护的工程特点。经工程应用表明,注浆可以将松散围岩胶结成一体,锚杆可以加固围岩,锚杆支护与注浆加固共同作用显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了围岩变形问题,同时也封堵井壁淋水以免对围岩侵害。