培训资料之七 复杂、困难条件下巷道支护技术研究.pptVIP

培训资料之七 霍州煤电集团公司 中国矿业大学 二○○九年九月 《巷道围岩稳定性评价及控制技术研究》培训资料之七 复杂困难条件下巷道支护技术研究 ㈠ 复合顶板巷道支护技术研究 ㈡ 高应力碎胀围岩巷道支护技术研究 ㈢ 动压巷道支护技术研究 主要研究内容 ㈠ 复合顶板巷道支护技术研究 复合顶板是指煤层顶板由多层厚度较小、强度较低的岩层间隔复合而成，层间 粘结力弱,暴露厚易发生离层。 复合顶板定义： 工程概况： 复合顶板支护研究的试验巷道选在辛置煤矿左翼下部皮带巷。该巷道为沿2#煤层顶板掘进的准备巷道，平均埋深450m，煤层稳定，结构复杂，含两层夹矸，其中B夹矸呈透镜状变化，平均厚度3.25m。老顶为K8细砂岩，厚度0.8~10.0m，灰白色细砂岩，坚硬，呈厚层状；直接顶为泥岩，厚度1.7~6.0m，灰黑色，呈薄层状，含砂质，局部有一层0.2m的煤线；煤层直接底为泥岩，厚度5.0m，灰黑色，上部含砂质，下部含结核层；老底为中砂岩，厚度2.5m，灰白色，分选性差。煤岩层综合柱状图如图所示。 左翼下部皮带巷围岩综合柱状图 主要问题： 直接顶泥岩和老顶砂岩之间有一软弱夹层，致使巷道顶板下沉，部分锚杆失效，有的锚索被拉断，给矿井安全生产造成严重威胁；如将这层泥岩放下，虽巷道能保持稳定，但巷道高度大，出矸量大，并且对以后的工作回采十分不利。 ㈠ 复合顶板巷道支护技术研究 复合顶板破坏机理分析： ① 架棚支护巷道破坏机理分析： 架棚支护时，钢棚顶梁与巷道围岩之间存在一定的间隙，决定了架棚支护的初撑力很小，不能对围岩的早期变形及顶板的挠曲下沉进行有效约束。当围岩的变形达到一定的数值后，支架的作用力才逐渐增加，由于支架的承载能力增长缓慢，支架并不能有效的限制围岩变形，复合顶板持续挠曲下沉，围岩的自承能力显著降低，顶板离层开裂，顶板浅部岩体形成松动围岩压力，多数情况为膨胀动荷载与松动静荷载联合作用在支架顶梁上，顶板深部岩体持续变形，最终导致矿工钢支架支护的失效以及巷道的垮落与破坏。 ㈠ 复合顶板巷道支护技术研究 ② 锚杆支护巷道破坏机理分析 ： 复合顶板巷道变形破坏特征为顶板岩性软弱，极易挠曲下沉，并与上部稳定岩层产生较大的离层，从而导致顶板过大的挠曲离层，甚至冒落。同时由于复合顶板的各岩层间粘结力很小，在锚杆(索)支护的初锚力不足或支护不及时时，只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷，显然不能控制早期复合顶板岩层的离层和失稳。此时，复合顶板较大范围内的岩层已产生松动、失稳、离层，岩层承载能力逐渐丧失，从而造成锚杆支护的失效。同时，复合顶板只是自然的叠合梁，并不能发挥复合顶板的整体强度及抗弯性能。可见，复合顶板变形破坏的重要原因是复合顶板岩层的早期变形没有得到有效的控制，而产生这种情况的原因是锚杆支护不及时和锚杆支护的主动支护作用没有发挥。 辛置煤矿复合顶板煤层巷道变形破坏主要原因： ㈠ 复合顶板巷道支护技术研究 ① 左翼下部皮带巷顶底板及两帮较软，为“三软”煤巷，而巷道处于断层、褶皱等构造区域，构造应力较大、水平应力突出，造成顶底板大的岩层错动、挠曲离层，煤帮松软破碎，锚杆受剪容易破坏。 ② 现采用的锚杆支护强度偏低，护表构件(钢筋梁)的护表面积和抗弯刚度较小。复合顶板早期的下沉量较大，而复合顶板岩层间弱面、层理发育，各岩层岩性较差、厚度较小，很容易发生离层破坏。 ③ 煤层顶板中有K8砂岩，K8砂岩为含水层。巷道开掘后，由于应力的重新分布，在巷道周围形成松动圈，K8顶板裂隙砂岩水，就沿着节理裂隙面渗下来，而煤层直接顶板为泥岩，易风化，遇水易崩解，从而泥岩的强度急剧下降、剥落、破碎，而钢筋梁抗弯刚度较小，护表面积小，从而形成大量的网兜，造成锚杆支护的失效。 ④ 碎胀压力大。围岩破坏产生的碎胀压力，进一步加大了支护系统的荷载，易造成支护结构的失稳。 ㈠ 复合顶板巷道支护技术研究 支护方案设计及参数选择 ： ① 复合顶板煤巷支护与围岩相互作用的研究成果证明，支护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因素。只有支护强度大于0.3MPa时，才能有效地控制巷道的剧烈变形，适应超前和侧向支承压力的作用。然而实践证明，现有支护形式最大只可能达到0.2MPa的支护强度。由此可见，对于辛置煤矿左翼下部轨道巷这类不稳定的复合顶板围岩巷道而言，仅仅依靠单一的锚杆或支架本身的支护能力，很难控制围岩的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力。 ② 对于大变形的复合顶板围岩巷道，支护系统必须具有让压性。对于不同的支护系统，围岩的变形程度具有很大差别。巷道围岩变形包括一部分不可控制的变形，支护系