煤矿软岩巷道支护技术研究
摘要
关键词
煤矿巷道;支护技术;对策分析
正文
随着社会经济的不断发展,国家对资源的需求也在日益增加。所以对煤矿的开采和挖掘也提出了更高的要求,这同样也是对煤矿巷道支护技术的一种考验,所以在对实际的煤矿巷道实施支护时,要考虑到多方面因素的影响,做好相应的准备工作,选取合适的支护方式,防止巷道产生变形坍塌,保障煤矿巷道的安全顺畅通行。
1煤矿巷道支护理论
1.1围岩强度强化理论
该理论的提出是建立在巷道锚杆支护技术基础之上的,锚杆支护一方面可以通过改变围岩的应力状态来增加围压,从而达到提高围岩承载能力的目的;另一方面还能有效提高被锚岩体性能,强化锚固区域岩体的峰值、峰后及残余强度。
1.2新奥法支护理论
该理论应用下的支护原则主要包括以下几点:一是进行煤矿巷道的光面爆破;二是使用锚喷支护,对隐患区域周边的围岩进行加固,提高围岩自身的承载力;三是在存在安全隐患的巷道区域喷射混凝土,对巷道周边区域实行密贴支护。
1.3松动圈支护理论
该理论认为煤矿巷道在开挖过程中,会在巷道周边围岩上形成一个松动圈,围岩的变形程度主要取决于松动圈的膨胀程度。松动圈支护的对象是围岩破裂时膨胀变形的岩体,该防护技术根据围岩的分类提出了各具针对性的支护形式。
1.4联合支护理论
该理论应用的核心是改变以前各种防护技术所采用的通过提高支护体的刚度来控制围岩变形的方式,将刚柔有机结合,形成了对巷道的稳定支护。该理论下的支护技术被广泛应用于较为复杂的巷道中,但由于当前煤矿巷道围岩条件日渐变差,各煤矿对该理论支撑下的支护技术应用得也越来越少。
2煤矿巷道支护技术分析———以锚杆支护技术为例
锚杆支护技术在具体应用过程中具有经济实用且防护效果较强的诸多优点,所以是煤矿巷道支护技术应用中使用最广泛的一种技术。锚杆支护技术在应用过程中经历了四个发展阶段,分别是低强度、高强度、高预应力以及强力支护。在锚杆支护技术的使用初期,其支护强度的刚度较低,所以在应用上属于被动支护。随着国际锚杆技术的快速发展,具有高强度特性的锚杆支护技术得到了广泛使用。深部高地应力等难题的显现促进了高预应力及强力支护技术的出现,这也改变锚杆支护技术之前的被动状态,在减轻对煤矿巷道围岩破损的同时,有效增强了支护效果。传统的锚杆支护技术虽然在当时产生了一定的积极影响,但深部高地应力等问题的出现导致了其功能发挥上的局限。煤矿巷道支护技术的研究专家通过对巷道围岩等进行实地研究,提出了高预应力与强力锚杆的一次支护理论,该理论的优点就在于:第一,锚杆的强度和预应力都得到了较大程度上的提高,由于该理论在设计过程中对巷道围岩进行了综合地研究,所以较为适合当前煤矿巷道的实际情况;第二,锚杆支护能有效控制围岩的离层、裂隙张开以及新裂纹的产生,通过对围岩进行一定的受压控制,来增强围岩刚度,避免围岩变形、拉伸等现象的出现;第三,将锚杆与金属网、托板和钢带等结合运用,实现了预应力在巷道周边围岩的有效扩散,极大增强了锚杆的支护效果。
3锚杆支护技术的具体应用分析———以软岩巷道为例
3.1软岩巷道与锚杆技术
软岩煤矿巷道的特点主要为遇水会发生大量膨胀、风化作用明显、易发生崩解、围岩强度不高、煤层与顶底板岩层的胶结性较差等。软岩巷道的煤层厚度大约接近6米,但由于是节理、层理发育,所以其抗压强度存在明显不足。另外,由于顶底板岩层属于砂质岩层,所以顶底板岩层强度不强且存在很大的膨胀性。软岩巷道采用的是树脂全长预应力锚固技术,锚杆为垂直巷道表面打设,W护板、金属网和钢筋网的应用,使得巷道的变形程度降低,有效防止了煤矿巷道围岩的过度膨胀,实现了围岩的稳定和完整。从整体上来看,在该技术的实际应用下,围岩的变形程度得到了较好的控制,极大满足了煤矿采煤对安全的需求。
3.2煤矿软岩巷道支护存在的问题
由于煤矿巷道的地质存在很大差异,所以软岩巷道尤其是软岩回采巷道的支护技术,在实际的应用中产生了很大的技术上的难度。当前软岩巷道支护技术在应用过程中将锚喷支护与U型钢支架相结合,在很大程度上造成了围岩的过度变形和损坏。具体来讲,软岩巷道支护存在的问题主要表现在:第一,断锚锚杆在进行常规性支护时,形成的围岩自承圈的厚度不仅小于锚杆的杆体长度,还远达不到自承圈发挥效果时所应具有的厚度,这就造成了虽然进行了锚固,但对巷道围岩的实际作用力不强;第二,煤矿巷道一经开挖,就会使得巷道的围岩应力进行重新分布。在这个过程中,支护体要承受相当大的压力,所以加强支护体的刚度也就成了解决软岩巷道支护问题必须解决的一大难题。支护体刚度的增强,虽然能有效抵抗围岩产生的压力,但由于在支护体刚度的把握上存在一定难度,所以如果支护体刚度偏大,就不能适应软岩巷道的围岩变形速度快且变形量大的特点,也就导致了支护体刚度与围岩变形的不协调,也就不能充分发挥支护技术的作用;第三,由于软岩巷道的岩层具有很大的易膨胀性,所以在高应力和应力的作用下,软岩巷道围岩薄弱的地方会造成支护体附近岩层的松动、变形与破坏。如果破坏强度较大,还会使软岩巷道形成破碎区,破碎区的进一步发展就会导致围岩自承圈的极大损坏。
3.3软岩巷道支护的改进措施
基于软岩巷道围岩性质的特殊性,常规或单一支护措施的应用都不能有效解决煤矿采煤过程中所产生的问题,所以应对上文软岩巷道支护所存在问题的对策主要有以下几点:第一,在单一或常规措施不管用时,可以对其进行二次支护。二次支护不仅能增强支护体的强度,还能对一次支护形成一定的柔性,其作用就是在保持巷道稳定的前提下,围岩能产生一定程度上的变形,将围岩承受的压力释放出来;第二,要针对软岩巷道内的具体情况,有针对性地实施巷道支护技术。具体来说,就是应该通过加强喷层或网的强度和刚度的方法对整个软岩巷道进行加固;针对围岩较为脆弱的区域,要增加锚梁支护的应用,其作用就是不仅能有效防止破碎区域的进一步发展,还能增强围岩的约束力;第三,采用光面爆破的方式来减少围岩的震动,在保持围岩整体强度的稳定性的同时,增加围岩的强度和自承能力。
4结束语
由于各煤矿开采区的地质存在一定程度上的差异,所以必须根据煤矿巷道的实际情况,运用适合的支护理论和支护技术。当前使用较多、效果较好的锚杆支护技术,不仅能有效增强围岩强度,还在很大程度上保证了采煤的安全性。
参考文献:
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