平远软岩支护深井软岩巷道围岩控制 联系我们

研究背景

深部开采条件下高应力极软岩巷道的支护难题:工程背景、常规支护的演进与破坏形态。

一、工程背景

本项目的研发,针对的是新一轮能源大开发中矿井开采深度越来越大、支护工程越来越复杂、施工条件越来越困难的情况。项目涉及的矿井开采深度大都在 800 米以上,软岩受构造应力影响,且经受巷道集中地带等强烈支承压力作用,属于高应力巷道。

随着开采范围和采深加大,开滦、山东新汶、平顶山、淮北、淮南及国投新集、龙口等矿区的高应力极软岩巷道支护问题日益严重。

主要涉及矿井

  • 淮北:蕲南矿,海孜矿三水平,杨庄煤矿四水平
  • 开滦:唐山矿(开采 138 年,中国大陆最老矿井)、范各庄、钱家营、吕家坨、东欢坨、林南仓矿
  • 平顶山:十一矿、四矿、五矿、一矿
  • 山东能源新汶矿业集团千米深井
  • 冀中能源邢东矿

二、常规支护的演进

过去采用的常规支护,在支护材料和断面形状上不断变化:由单一支护到联合支护,由「支」到「强支」再到让压支护,最终走向围岩参与支护。

  1. 架棚
  2. 砌碹
  3. 锚杆
  4. 锚索
  5. 高强锚杆
  6. 加长高强锚索
  7. 锚网喷与钢架联合支护
  8. 不断提升围岩(注浆与各支护单元容错技术)
巷道支护大量消耗钢材支架
图 1巷道支护大量消耗钢材支架
被动的碹体支护
图 2被动的碹体支护
我国巷道支护大量消耗钢材支架的实例
图 3我国巷道支护大量消耗钢材支架的实例
东欢坨大巷采用密集 U 型支架加喷浆支护
图 4东欢坨矿大巷采用密集 U 型支架加喷浆支护
锚网喷和管棚联合支护
图 5锚网喷与管棚联合支护
锚网喷、重型 U 钢与锚索多层次支护
图 6锚网喷、重型 U 钢与锚索多层次支护

三、支护破坏形态

巷道掘出后,各种支护短时间内就遭到严重破坏。高应力极软岩巷道的严重损坏,已成为长期困扰我国矿山生产建设的关键技术问题。

工程技术人员观察原巷道受压状况
图 7工程技术人员观察原巷道受压状况
朱仙庄矿Ⅱ水平皮带机巷交叉点破坏状况
图 8朱仙庄矿Ⅱ水平皮带机巷交叉点破坏状况
锚网喷和锚索施工的岩石巷道遭到破坏
图 9锚网喷与锚索施工的岩石巷道遭到破坏
邢东矿交叉点锚杆、锚索修复后破坏的状况
图 10邢东矿交叉点锚杆、锚索修复后再次破坏
邢东矿二水平上山锚杆、锚索巷道底鼓现状
图 11邢东矿二水平上山锚杆、锚索巷道底鼓
新汶华丰矿千米深井强烈非对称水平应力巷道破坏状况
图 12新汶华丰矿千米深井强烈非对称水平应力巷道破坏
强力锚索锚杆支护巷道破坏现状
图 13强力锚索锚杆支护巷道破坏现状
钢支架在强应力作用下崩解
图 14钢支架在强应力作用下崩解
强大的钢材桁架被压坏的实例
图 15强大的钢材桁架被压坏的实例

四、国内外常用支护技术的效果

表 1 国内外常用巷道支护技术在高应力软岩条件下的效果

支护方式存在的问题
U 型钢可缩性支架、U 型钢壁后充填支护成本高,劳动强度大,难以保证软岩巷道支护稳定
锚杆桁架不能适应大变形软岩巷道,支护可靠性差
锚索支护需专用打眼设备,在软岩中深孔作业施工困难,易水化,进度慢
钢桁架(网翘)复合支护成本高,工序复杂,施工速度慢,破坏后修复极其困难

复杂应力极软岩巷道支护,是煤矿安全高效生产急待解决的重大技术问题。

本项目针对这一问题,提出两个围岩控制理论与十项关键技术,见理论基础与关键技术。