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礦井深部開采軟巖巷道支護方式

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     深部開采出現了一系列新問題和新特點,其中巖石壓力大,巷道位移量顯著增大,支架損壞嚴重,巷道維護異常困難。其圍石性質表現出軟巖的巷道圍巖性質,所以煤炭生產建設形勢迫切要求對深部開采軟巖巷道問題進行深入研究。

    1.軟巖的工程特性

    1.1 軟巖的力學屬性。軟巖中泥質礦物成分和結構面決定了軟巖的力學特性。顯示出可塑性、膨脹性、崩解性、流變性和易擾動性的特點。軟巖的膨脹性質是在物理、化學、力學等因素的作用下,產生體積變化的現象,其膨脹機理有:內部膨脹、外部膨脹和應力擴容膨脹三種。工程中的軟巖膨脹為復合膨脹形式。

    1.2 軟巖的臨界載荷。隨著應力水平的提高,特別是圍壓的增大,巖石產生的塑性變形明顯增加,使得在低應力水平下表現為硬巖特性的巖石,在提高了應力水平下顯示出顯著的塑性變形。

    1.3 軟巖的臨界深度。與軟化臨界荷載相對應,巖石亦存在著一個軟化臨界深度。對給定礦區,軟化臨界深度也是一個客觀量。當地下工程埋深大約軟化臨界深度時,圍巖出現大變形,大地壓和難支護現象;當地下工程埋深小于該臨界深度時,則圍巖的大變形,大地壓現象消失,巷道支護容易。

    2. 軟巖巷道和硬巖巷道支護原理截然不同,只是它們的本構關系不同決定的。硬巖巷道支護不允許硬巖進入塑性,因為進入塑性的硬巖將喪失承載能力。而軟巖巷道支護必須允許軟巖進入塑性狀態,而且以達到其最大塑性承載能力為最佳,軟巖巷道支護的另一個獨特之處是,其巨大的塑性能(如膨脹變形能等)必須以某種形式釋放出來。

    3. 最佳支護時間和最佳支護時段

      軟巖巷道開挖后,巷道圍巖變形會逐漸加大。按變形速度劃分,可劃分3個階段:減速變形階段、近似線性的恒速變形階段和加速變形階段。當進入加速變形階段時,巖體本身結構改組,產生新裂紋,強度大大降低。解決此問題的關鍵是最佳支護時間概念的建立和最佳支護時段的確定。最佳支護時間的物理意義:巷道開挖以后,巷道圍巖應力將重新分布,切向應力在巷壁附近發生高度集中,導致該區域的巖層屈服進入塑性工作狀態,從而形成塑性區。

      據大多數的現場工程實踐可知,軟巖巷道的失穩和破壞是一個循序漸進的力學過程,是首先從一個或幾個部位開始變形、損傷、進而導致整個支護系統的失穩破壞,這種首先破壞的部位,稱之為關鍵部位。關鍵部位的產生是由于支護體力學特性與圍巖的力學特性出現不耦合造成的。

     4. 煤礦軟巖巷道控制方案

      U型鋼可縮性金屬支架支護方案。采用煤礦軟巖巷道封閉切護式U型鋼金屬可縮支架,適用于巷道圍巖為陷落柱、斷層等較大范圍地質破碎帶時的巷道段支護。

     半圓拱型巷道錨噴、網加錨索聯合支護方案。由于巷道地質條件和位置的不同,對支護要求存在差別,特別推薦利用錨噴網索聯合支護方案。頂板及巷道兩幫采用鑫天河聚酯纖維高強礦用支護網及螺紋鋼等強錨桿噴漿支護。

      

    

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