张家洼矿区巷道锚喷支护设计与施工

一般支护设计方法是把锚杆、喷射混凝土、钢拱架等支护作用置换成作用于巷道壁面的内压,然后归结为二层圆管或三层圆管模型进行求解,确定出应力、应变和位移间的关系,并用变位来进行施工管理。本文强调用系统锚杆支护,在地层中形成一个承载拱。用短锚杆、钢筋网、薄层喷射混凝土加固承载拱强度,使它能满足承载拱以外围岩变形的要求。在实践中认识到,喷层开裂在软岩支护中一般是不可避免的,而锚杆却能适应较大的围岩变形。最后,通过工程实例说明在软岩巷道施工中所吸取的教训。     

深部软岩巷道围岩支护技术研究

为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题,针对信湖煤矿回风石门埋深大、应力高、围岩强度低的特点,在分析了信湖煤矿回风石门的围岩赋存条件、变形破坏特征以及原有支护方案已难以维持现掘巷道稳定的条件下,通过理论计算得到信湖煤矿回风石门围岩塑性区范围,从而提出了控制巷道围岩的基本理念：采用小承载体控制围岩破碎区的扩大,采用大承载体限制围岩塑性区的发展,2个承载结构共同维持巷道稳定,进而提出采用“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案对新掘巷道进行支护,并结合FLAC^3D数值模拟及现场工业性试验对“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案的合理性及可靠性进行验证。结果表明：信湖煤矿回风石门新掘巷道经“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案支护后围岩表面变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,支护体与巷道围岩形成了稳定的复合承载结构,联合支护方案能够保持巷道的长期稳定,该联合支护方案可为其他类似深部软岩巷道支护提供一定参考。     

大断面破碎围岩巷道联合动态支护试验研究

通过巷道现场监测、松动范围探测、底板矿物成分测试等方法,分析了巷道围岩变形破坏的特点。针对该矿高应力极破碎软岩巷道提出了预留大变形量、初期支护采用带大变形组件的锚杆锚索与金属网柔性支护,后期采用先浅后深二次注浆加固支护,最后再对巷道表面喷射混凝土组成的动态联合支护,达到了释放围岩变形能和降低围岩应力、支护结构与被支护的围岩共同承载、形成了联合承载结构的目的,充分发挥了围岩的自身承载能力,有效地解决了顶底板与两帮持续变形最终破坏的难题。     

多次返修强流变大断面硐室围岩控制技术

鹤壁中泰矿业有限公司-250 m泵房2~3 a需返修加固,普通联合支护难以有效控制围岩的变形。现场调研分析认为,泵房围岩失稳为高应力作用下大断面围岩强流变造成的结果,提出了锚网索+U型钢封闭支架+喷射混凝土+深浅交错注浆+浇筑混凝土反拱的复合技术。现场矿压观测表明,泵房围岩得到了有效控制。     

深井强动压作用巷道强化控制技术研究及应用

煤系地层围岩软弱,在高地压作用下开采深部煤层时,由于埋深大使得巷道的围岩变形严重,巷道的顶板及底鼓量均大于浅埋深巷道,导致深部巷道围岩稳定性控制与支护的难度加大,影响顶帮的稳定从而使得整个巷道失去稳定。通过分析巷道变形破坏机理,根据锚杆索支护理论与注浆加固理论制定了“巷道扩刷+顶帮分区耦合强力支护+底角卸压与加固+底板注浆加固、底板锚索束+喷射钢纤维混凝土+顶板与两帮高压注浆加固”的高强度联合支护方案,确定了支护参数,有效解决了深井强动压大变形巷道的支护问题。通过对现场进行监测,巷道变形量明显减小,巷道变形得到了有效控制。为同类条件下的深井强动压巷道的全断面支护问题提供了新的思路和方法。     

袁店二矿81回风石门联合支护技术

袁店二矿81回风石门为软岩巷道,围岩变形量大,原采用U型钢棚支护,巷道变形破坏严重,威胁安全生产。后改用U型钢棚、锚杆、锚索、喷射混凝土、注浆锚杆联合支护,围岩变形得到了有效控制,巷道趋于稳定。     

复杂破碎软岩巷道支护技术及分区分级支护体系研究

为了解决伽师铜矿复杂破碎软岩巷道支护的难题,开展巷道围岩室内试验,试验表明,该矿的复杂破碎软岩具有极强的崩解性和软化性。结合矿岩岩石力学试验和巷道变形监测结果,分析了巷道支护现状及其变形原因。针对伽师铜矿复杂的工程环境和围岩变形特点,提出了以锚杆为核心的"锚杆+钢丝网+喷射混凝土"的新支护方案。对采用新支护方案支护的软岩巷道的围岩变形与应力情况进行了现场监测,监测结果表明,采用新支护方案能够有效地控制深部巷道围岩的大变形,保障了巷道的长期稳定与安全。构建的复杂破碎软岩巷道分区分级支护体系,适用于快速地确定支护方案,且具有较高的时效性以及准确性。     

巷道群应力集中区围岩综合注浆加固技术研究

针对巷道围岩力学性质差和应力集中导致巷道围岩变形大、支护困难等问题,提出巷道围岩综合注浆加固方案,即围岩喷射混凝土加安尔特深孔注浆,加预应力全长锚固注浆锚索加固方案。应用于现场结果表明:综合注浆加固使巷道围岩变形大幅下降,围岩完整性有很大改善,围岩塑性区范围减小,确保了巷道稳定。     

大断面软岩硐室围岩变形机理与控制技术研究

以山西东峰矿变电所硐室地质条件为基础,对大断面软岩硐室围岩变形机理与控制技术进行了研究,提出采用挂网喷射混凝土、注浆加固以及底板锚索补强支护的技术方案,现场应用效果表明该方案能够有效提升硐室稳定性。     

软岩巷道新型柔性喷层材料配比及力学性能试验研究

普通混凝土喷层具有强度低、延展性能差等缺点,难以与锚杆支护相耦合共同维持软岩巷道围岩的稳定,文章以普通喷层材料为基础进行了材料配比试验,分别优化了新型柔性喷层材料的灰砂比、聚合物胶粉掺量、聚丙烯纤维掺量、有机乳液掺量,其配比为:灰砂比为1/2,5044n胶粉掺量为1. 5%,PP纤维掺量为0. 15%,PS乳液为20%,降低了巷道喷层的厚度,减少巷道施工及支护成本,通过地面喷射试验可知,新型柔性喷层材料具有回弹率低,硬化速度快,抗裂性能好等优点,能够满足软岩巷道大变形支护要求。     

大断面极软岩巷道钢管混凝土支架复合支护技术

为解决清水营矿+786 m水平临时水仓大断面软岩巷道变形严重难以控制的支护难题,现场考察了巷道变形破坏形态,取样测试了巷道围岩物理力学参数,分析了巷道变形破坏原因。研究得出:临时水仓巷道围岩属于典型的强膨胀型极软弱岩层,其变形主要由黏土矿物的滑移与吸水膨胀引起。基于上述研究,提出了"锚网喷+立椭圆形钢管混凝土支架+钢纤维混凝土碹体+加固锚索"的封闭式复合支护方案,建立了基于钢管混凝土支架的软岩巷道承压环强化支护力学模型,计算得出承压环的极限支护阻力可达1.99 MPa。随后运用FLAC~(3D)软件对不同断面形状的复合支护效果进行了对比分析,验证了设计方案的合理性。最后,该复合支护技术在井下获得了成功应用,工程应用表明:巷道支护3年多来,围岩最终变形量小于100 mm,并且支护体力学性能良好,有效地控制了大断面软岩巷道的收敛变形。     

基于软岩巷道围岩分类的支护方案优化

针对软岩巷道难支护等问题,综合分析围岩稳定性影响因素及软岩巷道围岩控制理论,建立了软岩巷道围岩稳定性综合分类表及支护参数取值建议表;采用FLAC3D数值模拟软件,揭示了不同围岩类别的巷道在不同支护设计下围岩塑性区演化规律及变形破坏特征,优化各类围岩支护方案。根据软岩巷道围岩综合分类表及支护参数取值建议表,提出了穿脉运输巷支护与修复加固技术方案;现场监测结果表明,修复加固方案能有效控制巷道变形,该围岩分类表及支护参数取值建议表在软岩巷道支护设计与施工中具有较好的工程应用价值。     

“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。     

煤矿巷道支护与加固材料的发展及展望

我国煤矿巷道支护与加固方法主要有4种形式,包括棚式支架、支柱、砌碹支护、喷射混凝土及巷道用液压支架等围岩表面支护型,锚杆与锚索围岩锚固型,注浆加固围岩改性型及联合控制型。系统介绍各种支护材料与构件的力学特性,注浆加固及充填材料的物理力学性能,分析其支护加固效果及适用条件。指出我国煤矿已形成了包括金属材料、非金属材料及复合材料的煤矿巷道支护加固材料体系,实现了从木材到金属的支护材料革命,被动支护到主动支护的技术革命,不仅显著提高了巷道围岩控制效果,而且降低了巷道维护成本,为煤矿实现安全、高效建设与生产提供了可靠的保障。最后,分析了支护加固材料与构件存在的问题,对其未来的发展进行了展望。     

浅谈贵州矿区软岩井巷施工及支护途径

在煤矿软岩井巷掘进过程中,井巷围岩维护的主要途径是对井巷进行支护和对围岩破碎岩体进行加固,但在西南矿区软岩围岩条件下,即使对井巷进行加强支护和围岩加固,井巷维护仍然很困难。通过实地调研贵州软岩矿区的支护方式并进行总结,得出贵州矿区软岩井巷通过采用锚杆、锚索、金属网、混凝土及U型钢棚等联合支护途径,井巷在各种煤矿井下活动的扰动下保持其稳定性,有效控制了软岩井巷围岩的变形破坏,保证了矿井的安全生产。     

高强度钢纤维混凝土的力学特征及在高应力软岩巷道中的应用

为了满足高应力软岩巷道对于支护材料高强度、高韧性的要求,本研究提出在素混凝土中掺入适量高性能钢纤维的方法来改善混凝土的整体力学性能。通过室内试验,对3类高强度钢纤维混凝土及素混凝土试块进行力学性能对比试验,得出在钢纤维体积掺率为1.01%下B型钢纤维具有更好的抗变形和抗冲击性能。以围压恢复加固理论为指导,研究提出了浇灌钢纤维混凝土、全长锚固预应力树脂锚杆被动和主动联合支护结构,配合壁后接顶充填和浇注底梁等关键技术,建立形成了一整套适用于高应力软岩巷道的支护体系。历经两年多的现场应用、监测,实现了对高应力软岩巷道的围岩变形的有效控制,为矿山企业安全作业奠定基础。     

矿井高应力软岩变电所支护参数设计

针对矿井高应力软岩在煤矿支护压力大、维护困难的情况下,根据高应力软岩的承载能力残余强度的原则,充分发挥围岩的自承作用,变电所注浆加固设计注浆完成后复喷射混凝土,完成二次支护。保证了变电所大断面在高应力软岩支护下顶板的稳定。     

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。     

金川矿区深部高地应力矿山巷道锚网支护技术

金川矿区深部巷道地应力大、岩体破碎的特点凸显，矿山巷道原采用的锚喷支护方法在施工后具有围岩变形量大且持续时间长、喷射混凝土层掉块剥落及锚杆锚固力下降等问题，难以保证巷道安全可靠。通过对矿区巷道变形特征进行调查研究及理论分析，引入锚杆+TECCO网（无喷混凝土）支护技术来解决其支护难题。所研究的锚网支护具备两大特点：①支护过程中不采取喷射混凝土的方式；②结合巷道围岩变形实际情况，采用了通常应用于边坡防护工程中的高强度金属网（TECCO网）。研究表明：①具有高抗拉强度的TECCO网能够在巷道围岩产生变形后，使支护体逐渐与围岩形成一个紧密的整体结构，提高围岩自承能力；②试验巷道采取锚网支护40 d后，围岩变形速率小于0.1 mm/d，说明该支护方式可以有效控制巷道变形；③锚杆+TECCO网支护成本低、作业强度小，可对该矿高效及安全生产发挥积极作用。     

锚网喷注支护技术在深水平破碎岩层的应用

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。结合兴安矿四水平新副井井底车场木棚子段返修的工程实践,分析了锚网喷注支护的工程特点,经工程应用表明,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。