澄合矿业董家河煤矿巷道围岩松动范围分布规律及支护成技术研究.doc

PAGE 2 澄合矿业董家河煤矿 巷道围岩松动范围分布规律及 支护成套技术研究 澄 合 矿 务 局 西安科技大学 二零一一零年九月 澄合矿业董家河煤矿 巷道围岩松动范围分布规律及 支护成套技术研究 研 究 单 位：澄合矿业董家河煤矿 西安科技大学 澄合矿业董家河煤矿项目组研究成员： 西安科技大学项目组研究成员： 项目负责人： 谷拴成 教 授 项目参加人员：李 昂 博 士 于远祥 博 士 樊 琦 博 士 许刚刚 硕 士 崔希鹏 硕 士 洪 兴 硕 士 张 磊 硕 士 苏 峰 硕 士 项目综述 PAGE II PAGE I 项目综述 巷道开挖后，围岩的应力和物理变化过程是判断支护外荷载的基础，是支护理论的基石。松动圈支护理论是在研究巷道周围的岩石介质物理力学状态属性的过程中发展起来的，所以，松动圈的研究始终贯穿松动圈支护理论发展的整个过程中。对松动圈属性的深入认识是松动圈支护理论的立论基础之一。为此，本课题围绕松动圈的现场实测、工程验证、理论分析和数值模拟进行研究，以便对巷道围岩松动圈进行全面了解。在深刻认识松动圈的性质的基础上，为松动圈支护理论提供依据。 研究表明，地下巷道开挖后，围岩的变形主要来源于松动圈中破裂岩体的体积膨胀，巷道围压也主要由松动圈引起，基于此，我国学者提出了围岩松动圈支护理论。由大量的理论分析、模拟实验及现场实测结果表明，地下巷道支护的对象主要是松动圈形成中的碎胀变形，松动圈越厚，围岩变形力越大，支护越困难。实践证明，松动圈支护理论抓住了支护的主要对象，其分类方法和所确定的支护形式与参数符合现场实际，取得的技术、经济与社会效益非常显著，从而应用越来越广泛。然而，要用该理论对硐室进行合理有效地支护，最关键的是要预先知道被支护硐室的松动圈厚度值。到目前为止，松动圈厚度值的获取大都是靠现场实测，因此根据现场实测，从而准确获取松动圈厚度值是势在必行的。 锚固技术，国内习惯统称为锚杆支护技术，国外一般称为锚固技术或锚杆(索)加固技术。自1872年英国北威尔士露天页岩矿采用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先在井下采用锚固技术以来，锚固技术距今已有将近100多年的历史，与完全依靠自身的强度、重力而使结构物保持稳定的传统方法相比较，锚杆支护方式具有支护效果好、效率高、成本低等诸多特点，它的广泛采用给煤矿企业带来巨大的技术经济效益，锚杆(索)支护己经成为巷道支护的一个主要发展方向。 我国煤巷锚杆支护技术近年来取得了长足发展。我国最早从1956年开始在煤矿中使用锚杆，由于煤层地质条件复杂多样，锚杆支护理论、设计方法、锚杆材料、施工工具、监测手段等不够完善，因而发展缓慢。在“八五”期间，煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行了攻关，取得了一大批水平较高的科研成果，并应用于新汶、铁法、兖州、蒲白、铜川、淮南等多个矿区，基本上解决了一般条件下的巷道支护问题。但1995年新掘煤巷、半煤岩巷中锚杆支护的比重仅占到15％和30％，严重制约着煤矿安全生产和经济效益的进一步提高。在此情况下，西安科技大学和东北大学联合开展原煤炭工业部“八五”科技攻关，在一系列技术难题上取得了突破性进展，并形成一整套的软岩巷道锚杆支护技术，锚杆在煤巷中使用的比重也有了迅速提高。在“九五”期间，煤炭部又把煤巷锚杆支护技术列为重点课题，展开了更深入、细致的研究试验工作，使我国的煤巷锚杆支护在技术上有了较大提高，目前正以更快的速度在全国推广应用。 目前我国巷道锚杆(索)支护设计基本采用工程类比法或设计人员经验取值法，支护效果及支护设计是否经济很大程度上取决于设计人员的设计经验。为确保矿山开采过程中，锚杆支护设计能够满足矿山生产的需要，而且使支护更加安全、经济，西安科技大学部分研究人员对贵矿巷道稳定性评价、巷道数值模拟以及巷道变形监测等方面作了大量的研究工作，在此之前本研究小组已在重庆大通、山西霍州、陕西黄陵、蒲白、铜川等矿区进行了研究并取得了成功。 由于贵矿开采煤层埋深大、地质条件复杂且巷道变形较大，传统的锚杆(索)的支护设计方法已不是很符合“安全、经济、适用”的原则。因此急需解决安全、合理的锚杆(索)支护参数的设计问题，找出一套适合贵矿巷道锚杆(索)的支护参数设计方法。基于此，对贵矿巷道支护效果评价以及合理支护参数优化设计进行研究，对贵矿的安全生产和经济效益的提高具有重要的理论与实际意义。 这次西安科技大学受董家河煤矿的委托，开展的对董家河煤矿围岩松动圈的分布规律和巷道锚杆(索)支护成套技术研究项目，是在深入研究围岩松动圈理论和煤矿巷道锚杆(索)支护优化设计理论的条件下进行的。通过双方的共同努力，对董家河典型巷道的围岩松动圈厚度进行判定，并对锚杆(索)支护进行了评