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800m深下巷道支护技术研究
垂深800m以下动压巷道支护成套技术研究
论证报告
(讨论稿)
平煤山煤业(集团)公司
河南理工大学
2009年5月20日
目录
一、项目名称、承担单位1
二、本项目现状、研究的目的、意义、国内外技术发展概况1
1本项目现状1
2课题研究的目的、意义2
3国内外技术发展概况3
3.1巷道支护技术发展历史与现状3
3.2深井动压巷道围岩控制发展历史与现状7
3.2.1深井动压巷道围岩变形破坏特征7
3.2.2深井动压巷道围岩控制技术发展8
(1)“壁后充填”和“高阻可缩”支护技术8
(2)锚注支护技术8
(3)卸压技术9
(4)联合支护技术12
3.2.3深井动压巷道围岩控制理论发展12
(1)关键部位耦合支护理论12
(2)锚杆-锚索支护作用的互补原理13
(3)锚杆-锚索支护系统的协调支护原理14
三、项目研究的主要内容、关键技术、技术方案、技术路线、方案可行性、先进性分析、具体经济指标16
1项目研究的主要内容16
2课题研究的关键技术16
3技术方案17
3.1围岩稳定性分析17
3.1.1围岩稳定性理论分析17
3.1.2围岩稳定性模糊聚类分析18
3.2十一矿己16-17-22161机巷支护设计19
3.2.1地质条件19
3.2.2矿方初始设计20
3.2.3拟采用设计方案21
(1)保留伪顶支护设计23
(2)破除伪顶支护设计25
3.2.3施工工艺26
3.3矿压观测方案28
3.3800m垂深以下整套锚网支护技术31
4技术路线31
5技术方案可行性、先进性分析32
6课题研究具体技术经济指标32
四、项目实施措施、条件,包括实验场地和测试手段32
五、经济效益、社会效益分析预测33
六、符合国家安全、环保、资源利用、技术政策的依据33
七、推广应用前景或市场需求情况分析预测33
八、项目所需资金预算依据及明细33
九、合作单位及分工34
十、进度安排34
一、项目名称、承担单位
项目名称:
垂深800m以下动压巷道支护成套技术研究
承担单位:
平煤集团技术中心、平煤集团开拓处、河南理工大学、平煤集团十一矿
二、本项目现状、研究的目的、意义、国内外技术发展概况
1本项目现状
在我国煤炭总储量中,埋深大于600m和1000m的储量分别占73.19%和53.17%。
开滦、北票、新汉、淮南、平顶山等矿区中的一批老矿井开采深度已大于800m,部分超过1000m。
据统计,每年全国煤矿平均开采深度以8-10m的速度增长。
随着人类对矿产需求量的日益增加,开采规模的不断扩大,开采向深部发展是必然趋势。
目前,由于不同的产煤国家存在煤层赋存条件、技术装备水平的差异,以及在深部开采中出现问题的程度不同。
因此,国际上没有公认的根据采深划分深井的标准。
前苏联部分学者将采深超过800m作为深井的标准,英国和波兰学者把煤矿深井开采的起点定为750m,日本定为600m,我国对于深井的界定也无明确的规定。
鉴于以上情况,本项目定义巷道垂深800m以下的为深井巷道。
煤矿进入深部开采后,由于岩层压力大,巷道围岩破碎,变形量增大,巷道变得普遍难维护。
如平煤天安十一矿-593m轨道运输石门埋深近900m,围岩破碎,遇水膨胀,变形量大,造成支护折损,巷道返修。
平煤天安十二矿己15-31010机、风巷埋深1015-1100m,复合顶板,两巷开口及专用回风巷均采用锚网梁支护,施工后一周即发生锚杆拉断、锚盘压翻损坏、钢筋梯梁断裂现象,巷道变形严重,不得不进行扩修,严重制约正常掘进施工。
平煤天安一矿戊9-10-31020风巷埋深610—760m,巷道顶板上方2.8~4.0m为戊8煤采空区。
受戊8-31020面采动影响,戊9-10-31020风巷顶板破碎,普通的锚杆支护十分困难。
平煤五矿三水平己二轨道下山标高为-650~-800m变形量高达2000mm,巷道其它各处皆遭不同程度的破坏,现仍处于变形过程中。
深井巷道围岩在承受高地应力的同时,大多数巷道还要经受回采空间引起的强烈支承压力作用,使受采动影响的巷道围岩应力增加数倍、甚至近10倍于原岩应力。
因此,深井巷道在采动影响下,支承压力影响范围和强度明显增加。
据新汶矿务局孙村矿观测,在600m采深时,工作面前方支承压力影响范围平均100m,在800m采深时,该范围增大到120m,且煤柱支承压力沿底板影响的深度达300m左右。
在我国,目前对深井动压巷道围岩控制的研究较少,常常采用浅部开采的经验来处理深井动压巷道的维护问题,不能针对具体的深井动压巷道围岩变形特征、围岩稳定性分类进行控制,很大程度上具有盲目性,导致有些巷道维护效果不佳,有些巷道支护参数偏于保守。
如平煤集团一矿在戊-22180风片盘交岔点施工中先采用普通的锚网喷支护技术,巷道变形严重,后来采用锚网喷锚索支护技术,取得了较好效果和经验。
本项目针对平顶山矿区800m埋深以下的动压巷道,深入调研动压巷道支护的成功及失败经验,结合理论分析和数值模拟方法,采用预留断面;高强度、高刚度、高预紧力的锚固技术以及松动爆破、钻孔卸压等技术,针对平煤天安十一矿埋深1000m左右的动压回采巷道,对巷道支护参数进行优化设计,进行工业性试验。
结合试验巷道情况及平顶山矿区的垂深800m以下的巷道,总结出垂深800m以下巷道锚网支护成套技术。
2课题研究的目的、意义
针对垂深800m以下动压巷道普遍采用高强锚杆、高强预应力、让压机构等新兴的支护技术,但由于受地质条件及采动影响的差异,各矿对新技术的组合及支护要求的不同,造成支护效果差异很大。
如有些矿井采用高强锚杆支护,但支护效果欠佳,巷道围岩存在较大变形,影响采面正常使用。
“垂深800m以下动压巷道支护成套技术研究”项目针对平顶山矿区深部动压影响巷道围岩条件复杂、地应力高、采动影响复杂,支护标准不统一等方面的情况,深入调研垂深800m以下动压影响巷道的锚网支护参数,在锚杆支护围岩稳定性分析的基础上,对不同动压条件下的巷道支护参数进行优化设计。
针对平煤天安十一矿埋深1000m左右的动压回采巷道,进行工业性试验。
结合试验巷道情况及平顶山矿区的垂深800m以下的巷道锚杆支护经验,从巷道掘进方式、支护参数、施工工艺、材料配套等方面总结出垂深800m以下巷道锚网支护成套技术。
“垂深800m以下动压巷道支护成套技术研究”的实施将为平顶山矿区的深部锚网支护技术推广应用提供有力的依据,从而确保工作面的安全生产,大大减少巷道的返修率及支护成本,保证工作面的安全、高效生产。
3国内外技术发展概况
3.1巷道支护技术发展历史与现状
煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。
多年来国内外的实践经验表明,锚杆支护是煤巷唯一经济、有效的支护技术。
与棚式支架支护相比,锚杆支护显著提高了巷道支护效果,降低了巷道支护成本,减轻了工人的劳动强度。
更重要的是锚杆支护大大简化了采煤工作面断头支护和超前支护工艺,改善了作业环境,保证了安全生产,为采煤工作面的快速推进创造了良好的条件。
目前,锚杆支护技术已在国内外得到普遍应用,是煤矿实现高产高效生产必不可少的关键技术之一。
我国煤矿于1956年开始在岩巷中使用锚杆支护,至今已有50年的历史,从锚杆支护的型式的发展和过程看,我国最早采用的主要是机械锚固锚杆和钢丝绳砂浆锚杆;1974年开始研制和实验树脂锚杆,并于1976年在淮南、鸡西、徐州等矿区进行了井下实验取得了较好的效果;我国引进和应用管缝式锚杆、胀管式锚杆等,开发研制了廉价的快硬水泥锚杆;1996年又从澳大利亚引进高强度树脂锚固锚杆,并针对我国煤矿的条件进行了大量的二次开发和完善提高。
可以说,国外使用过的锚杆支护型式国内基本都用过,但是国外没有的巷道地质和生产条件国内基本都有。
我国煤矿巷道支护首先在岩巷中实验成功,并在岩巷大力推广应用了以“三小”为代表的锚喷支护技术。
20世纪60年代锚杆支护开始应用于采区巷道,但由于煤层巷道围岩相对比较松软破碎,又受到采动影响,巷道围岩变形大,对支护技术要求高,加之锚杆支护理论、设计方法、支护材料、施工机具、监测仪器等还不成熟,导致煤巷锚杆支护技术发展缓慢。
1990年,我国国有重点煤矿煤巷锚杆支护仅占3-5%,煤巷支护主要以棚式支护为主。
在“八、五”期间,原煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行攻关,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、峰峰、淮南等多个矿区,基本上解决了比较简单条件下巷道支护问题。
1995年,国有重点煤矿当年新掘的巷道中,锚杆支护比例所占比重为28.19%,其中岩巷占57.2%,煤巷占15.15%。
但是对于复杂困难条件,如复合顶板、煤层顶板巷道,以及沿空掘巷等,锚杆支护的可行性和实用性还没有得到深入细致的研究,煤矿锚杆支护技术发展的潜力还很大。
在“九、五”期间,原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、细致和全面的研究实验工作。
特别是1996-1997年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术,在邢台矿务局进行了现场演示。
同时经过科研院所、大专院校和煤炭企业的联合攻关,使我国煤巷锚杆支护技术有了较大的提高。
复杂困难巷道中锚杆支护技术逐步得到应用,并取得较好的支护效果和经济效益。
随着综采放顶煤、厚煤层一次采全高技术的快速发展和大面积应用,对煤巷锚杆支护技术提出了更高的要求。
综采放顶煤和一次采全高工作面一般要求回采巷道沿煤层底板布置,巷道顶板为比较破碎的煤层,有时甚至是全煤巷道。
此外,随着煤矿开采强度与产量大幅度的提高,要求的巷道断面越来越大。
为了减少煤炭损失,沿空掘巷运用的越来越广。
所有这些都使巷道支护难度显著增加。
为此,潞安、兖州、晋城、西山、淮南、淮北、开滦、铁法、徐州、华亭、平顶山等矿区相继开展了本矿区煤巷锚杆支护成套技术的研究、实验与推广应用。
锚杆支护在大断面巷道、煤顶和全煤巷道、沿空掘巷、破碎围岩巷道等困难条件得到成功应用,显著提高了巷道支护效果,降低了巷道支护成本,为采煤工作面的快速推进,矿井实现高产高效创造了良好的条件。
在深部高应力巷道支护方面,煤炭科学研究院北京开采研究所、中国矿业大学、河南理工大学等单位进行了比较系统的研究实验。
如北京开采研究所在新汶进行了冲击地压矿井巷道锚杆支护技术研究,中国矿业大学在淮南开展了深部软岩巷道锚杆支护技术研究,河南理工大学在邢台进行了千米的深井巷道支护技术研究等项目,都作了许多有益的工作。
综合国内外锚杆支护技术研究取得的成果,归纳为以下几点:
(1)提出了多种锚杆支护理论,包括新奥法支护理论的改进与完善、松动圈支护理论、围岩强度强化理论、扩容-稳定理论、二次支护理论、联合支护理论等,这些理论在不同的时期与不同条件下对生产实践起到了积极的作用。
(2)高强度锚杆与锚索支护技术得到了认可与应用,基本形成了包括地质力学测试、支护技术、支护材料、施工机具与工艺、工程质量监测与矿压监测在内的锚杆支护成套技术,成为巷道支护的主要形式。
(3)开发出巷道围岩地质力学快速原位测试系统,包括地应力、围岩强度及围岩结构测定装置,实现了井下围岩地质力学参数的快速、经济、大面积测量。
(4)动态性、系统性、信息性的锚杆支护设计法得到了普遍认可与应用。
认为锚杆支护技术不是一次完成的,而是一个动态的,系统地过程,设计应充分利用每个过程中提取的信息,实时进行信息收集、信息分析与信息反馈。
有限差分(FLAC)、有限元(ANSYS、ADINA的等)、离散元(UDEC)等数值计算软件已广泛应用于锚杆支护设计,提高了设计的科学性、合理性与可靠性。
(5)开发出高强度、高刚度树脂锚杆支护系统,实现了煤矿巷道支护材料的跨越式发展。
包括左旋无纵筋螺纹钢锚杆,达到高强度超高强度级别;树脂锚固剂及生产设备;高强度W型、M型钢带;小孔径树脂锚固预应力锚索系列等。
(6)单体风动和液压锚杆钻机、手持式锚杆钻机的性能指标达到了国外同类产品的水平,并形成系列产品,基本满足了锚杆支护的要求,结束了锚杆钻机主要靠进口的历史。
(7)立足我国煤矿现有的掘进装备,形成一套综掘机配单体锚杆钻机的煤巷快速施工工艺。
快速施工工艺使煤巷锚杆支护单进水平有了较大提高。
(8)研制出锚杆支护施工质量检测和矿压监测成套仪器。
顶板离层指示仪、测力锚杆、锚杆(索)测力计等监测仪器得到推广应用,在判断支护设计合理、围岩稳定性与巷道安全性方面起到重要作用。
(9)将锚固和注浆加固技术有机结合在一起,开发出多种形式的注浆锚杆、注浆锚索及钻锚注一体化锚杆,兼有锚固与注浆加固功能,为破碎煤岩体等复杂困难条件提供了有效的加固手段。
(10)有些矿区针对具体情况,制定了本矿区的煤巷锚杆支护技术规范,促进了煤巷锚杆支护技术健康发展。
到目前为止,国有重点煤矿新掘进的煤及半煤岩巷,锚杆支护所占的比重达到60%左右,一些矿区煤巷锚杆支护率已超过90%。
锚杆支护大面积推广应用,解决了大量巷道支护难题,取得巨大的技术经济效益与社会效益。
尽管我国锚杆支护技术研究取得上述成果,但在深部与复杂困难巷道中,还存在很多问题,还永远不能满足安全生产的需要。
归纳起来,主要存在以下问题:
(1)尽管提出了多种锚杆支护理论,但任何一种理论都有缺陷,不能全面解释深部与复杂困难巷道围岩与支护体相互作用原理。
目前,国内大部分深部与复杂困难巷道采用二次支护理论,即巷道支护分两次进行,一次支护在保持巷道稳定的前提下,允许巷道有一定的变形以释放压力;隔一定的时间后实施二次支护,保持巷道的长期稳定。
但是这种理论目前已遇到了极大的挑战,在千米深井巷道、强烈动压影响巷道、构造压力影响带、软岩破碎带等地点,采用二次支护后仍出现变形破坏等问题,甚至需要三次、四次支护,巷道周而复始的发生破坏,围岩变形长期得不到有效控制。
(2)高强度锚杆与锚索支护在一般条件下支护效果较好,综合效益显著。
但对于深部与复杂困难巷道,支护效果差,巷道变形与变形破坏剧烈,需要多次维修与翻修。
不仅支护成本很高,掘进速度低,而且带来很多安全隐患,严重制约采煤工作面的快速推进和矿井产量和效益的提高。
(3)对锚杆支护系统刚度的重要性认识不足。
锚杆预应力小,预应力扩散效应差,支护刚度低,致使锚杆主动支护作用不能发挥,实质上是被动支护,不能有效控制围岩早期离层与破坏,围岩强度与完整性丧失过大,导致顶板下沉、两帮鼓出。
这种现象在深部与复杂困难巷道中表现尤为突出。
(4)在深部与复杂困难巷道,均出现不同程度的锚杆被拉断、剪断和弯曲断裂现象,表明锚杆强度较低,锚杆受力状态不佳,锚杆材质和结构有待进一步改进。
(5)锚杆虽然实现了加长与全长锚固,但只有锚杆自由端能够施加预应力,不能实现全长预应力锚固,严重影响支护效果。
(6)对组合构件(钢筋托梁、钢带)在锚杆支护系统中的重要作用认识不足。
组合构件的强度、刚度、护表面积不够。
在巷道变形量大的地段经常出现组合构件被剪断、压穿等现象,支护效果受到严重影响。
(7)小孔径树脂锚固预应力锚索在深部与复杂困难巷道中暴露出许多弊端:
①索体直径偏小,与钻孔直径(28mm)不匹配,孔径差过大,明显影响树脂锚固力,易出现锚固端滑动现象;②索体破段载荷减小,与高强度锚杆的拉断载荷相当,锚索锚固力大、承载能力强的特点不能体现,而且在高地应力、受采动和地质构造影响的巷道中经常出现锚索拉断现象;③索体延伸率低,不能适应围岩的大变形;④由于索体强度低,施加的预应力水平也比较低,导致锚索预应力作用范围小,控制围岩离层、滑动的作差,当锚索比较长时尤为如此。
(8)由于锚杆、锚索强度和刚度偏低,不得不盲目地增加锚杆支护密度,导致单位面积上锚杆、锚索数多,间排距小,严重影响巷道掘进速度,造成采掘接替紧张。
综上所述,现有锚杆支护技术已经不能满足深部与复杂困难巷道支护要求,巷道支护效果受到严重影响,顶板安全受到严重威胁。
单纯依靠增加支护密度,不仅不能解决实质性问题,而且显著影响巷道掘进速度。
因此,有必要针对深部与复杂困难巷道条件,开展全面系统的支护理论、设计方法、支护材料、施工工艺等成套技术研究与实验,实现锚杆支护技术新的突破,从根本上改变巷道支护状况,实现高效、安全支护。
项目对深部煤炭资源开采、巷道布置改革、矿井的高产高效与安全具有不可替代的重要作用。
3.2深井动压巷道围岩控制发展历史与现状
3.2.1深井动压巷道围岩变形破坏特征
巷道变形破坏严重,维护因难是煤矿深井开采主要和共同的问题之一。
巷道矿压显现随采深增加而增加,一般在采深超过600-700m后,软岩条件下采深在500m左右,井下巷道开始出现深井开采的巷道矿压显现特征。
随着开采深度增加,深井巷道矿压显现特征愈加明显,具有如下特征:
(1)巷道围岩变形速度快、变形量大,巷道周边变形范围大。
(2)岩性对深并巷道围岩变形有明显的影响.到了深部后,由于岩性的差异引起的巷道围岩变形的差异强烈地表现出来,采深对软岩巷道、煤层巷道,尤其是“三软”煤层巷道影响强烈。
(3)巷道从使用期间维护困难己发展到掘进期间就维护困难,掘出后就不得不废弃的巷道增多,采煤工作面的回风平巷、上下山、甚至大巷都有废弃的记录。
(4)巷道持续变形、流变已成为深井巷道变形的主要特征。
随着时间延续,探部煤柱下方的多数巷道围岩变形不止,没有降低的趋势,流变速率与边界条件和岩性有关。
(5)采煤工作面开采加剧了巷道围岩变形,采深愈大,开采影响范围愈大,影响程度愈强烈。
(6)多数留设的巷道保护煤柱达不到保护巷适的目的,反而对巷道维护不利。
(7)巷道对支架的工作特性要求高,初撑力、工作阻力和可缩量均大是必须的。
现有支架条件下想依靠加大支架型号来阻止巷道围岩变形是不可能的。
即使采用工作特性较好的支架,也不能完全依靠它阻止巷道围岩变形。
(8)巷道布置、开采顺序和最终形成的开采边界条件对巷道维护影响很大。
3.2.2深井动压巷道围岩控制技术发展
动压巷道变形量大,变形形式复杂。
对这种巷道变形破坏的控制,人们采用了种类繁多的支护方式,有锚喷、锚注、可缩性U型棚、砌碴、锚索、巷道卸压技术以及联合支护方式。
归纳起来,主要有以下几类:
(1)“壁后充填”和“高阻可缩”支护技术
巷道掘进和支护工艺不可避免地在支架与己破碎围岩之间形成不同尺寸的空隙,使得巷道不能均匀的受载荷压力作用,导致支架受力条件恶化,其实际承载能力远远低于理论值。
很多人不去从改善支架受力条件着手,使支架获得均布载荷,而一味增加支架的型号来增加支架的阻力,这样往往不能达到比较好的支护目的。
如果在巷道架后的空穴内,使用力学性能良好、有一定胶结强度的充填料进行壁后充填,那么可使巷道支架由集中、偏心载荷的不均匀承载转变为均匀承载,支架与壁后充填层共同组成组合拱作用。
壁后充填使支架既改善受力状况,又与充填层产生复合作用,因而支护体的承载能力显著增长.壁后充填不仅大幅度提高支架的承载能力和阻力,还有隔水、防止风化和煤层自燃等功能。
通过壁后充填提高支架的极限承载能力后,能否有效地控制厚煤层动压巷道围岩的强烈变形并保持支架本身完好无损的关键是支架要具有“高阻可缩”性能。
较高的支护阻力可以阻止和限制岩体中碎胀变形的产生和发展,而良好的可缩性又避免了如刚性支架那样由于围岩变形所导致的支架内应力急剧升高而导致支架破坏,使围岩的变形能得以释放和围岩的变形趋于稳定,促使巷道围岩在收缩变形中形成稳定的承载壳。
这两种巷道支护技术在一定程度上都能起到不错的效果,但是其支护成本还是相当高的。
(2)锚注支护技术
锚杆和注浆技术现在已经是巷道和岩土工程加固围岩的二种基本形式。
锚杆加固围岩的效果取决于所锚岩体的力学性能,由于受动压影响的巷道其围岩性质受到了极大的改变,原来整体的岩体现在受到不同程度的破坏,破坏范围大,如果围岩破碎范围大于锚杆的有效长度,它就失去了阻止和限制围岩变形的作用。
注浆可以全面提高巷道围岩的物理力学参数,使破碎岩体强度显著提高。
因此采取锚杆与注浆相结合的方法,利用锚杆兼做注浆管,形成了“外锚内注”的支护方式,这种支护方式即加固了破碎的岩体,又为锚杆提供可靠的着力基础,使其在巷道周边形成一个完整的加固组合拱,从而扩大锚杆和注浆的适用范围。
实现锚注一体化,是目前加固动压巷道破碎岩体比较经济而有效的途径。
(3)卸压技术
①巷道周边开卸压槽
在岩体中开掘巷道后,在地应力较高,围岩较松软的情况下,围岩破坏的范围较大,导致集中应力向未遭破坏的围岩深部转移,在巷道周边的围岩中形成应力降低区。
这种方式的卸压过程是以巷道周边岩体的完整结构被破为代价的,在卸压的同时巷道围岩的塑性变形区范围以及该区内遭破坏岩体的塑性变形、扩容膨胀变形明显增大。
而塑性变形区的范围及变形量的大小正是巷道维护难易的关键,能否使巷道周边的集中应力向围岩深部转移,在巷道周边形成卸压,又不扩大巷道周边塑性变形区的范围,不使其产生较大的变形。
研究表明:
在巷道周边开槽或钻孔可同时起到卸压和限制围岩变形的目的。
采用边界元法对巷道周边切缝前后围岩中的应力分布进行数值计算分析。
在圆形巷道侧压系数λ=0.5条件下,巷道周边不切缝、两帮切缝、顶底切缝、顶底及两帮同时切缝四种情况,巷道周边切向应力分布计算结果如图1所示。
切缝部位周边围岩中切向应力显著降低,巷道其他部位的切问应力也有一定程度的
降低。
图1切缝对圆形巷道周边应力分布的影响
(a)无切缝;(b)两帮切缝;(c)顶底板切缝;(d)两帮及顶底板同时切缝
巷道周边围岩开槽卸压的力学原理,是使原来作用于周边围岩的高应力向卸压区以外的岩体深部转移。
深部岩体处于三向应力状态,具有较高的强度。
在应力增高区内岩体形成自承载结构,承受掘巷引起的集中应力;同时,在它的支承和保护下,又使卸压区内的岩体得以保持稳定。
另一方面,结构和完整性并末遭到完全破坏的卸压区内的围岩,仍然存在一定的残余强度,并向岩体自承结构提供侧向约束力,增加岩体自承结构的强度和稳定性,从而使围岩的整体稳定性得到显著提高。
②巷道围岩松动爆破卸压法的应用
在巷道掘进过程中,要在巷道周边围岩中形成密度很大、间距规整的成排卸压钻孔是很困难的。
目前实际应用中,主要利用钻孔孔底药壶爆破方法进行限制性爆破,在围岩体中形成一个连续的松散、破碎带,将支承压力转移到围岩深部。
同时,已经松散、破碎的围岩体具有缓冲垫层作用。
确定松动爆破技术参数应以不破坏巷道与松散、破碎带之间的围岩完整性和支架的稳定性为原则。
钻孔松动爆破卸压技术在国内外煤矿进行了大量实践,取得了较好效果。
图2为我国芦岭矿采用钻孔松动爆破卸压的钻孔布置。
图2松动爆破卸压钻孔布置
国内外一些研究认为,钻孔爆破虽可起到卸压作用,但仅靠松动爆破并不能有效地减少围岩收敛变形。
其理由主要是:
松动爆破在岩体中形成大量裂隙,使作用在巷道周边岩体上的支承压力峰值转移到围岩深部。
但转移到深部岩体上的集中应力仍可迫使深部岩体向巷道内挤出,而已遭松动破坏的巷道周边岩体对于这种挤出变形只有很小的甚至没有任何阻抗作用。
松动爆破相当于增加了巷道破碎圈的深度,不仅不会使巷道收敛量减少,反倒使其增加。
只有当岩性较坚硬,松动爆破后使岩体产生楔形岩块之间的锁固力能在整体上形成较大的“支护阻力”时,才会使巷道收敛量减少。
因此,单纯依靠松动爆破卸压,一般效果并不理想。
如将松动爆破卸压与松动圈的围岩加固结合起来,则可取得较好的巷道维护效果。
③利用卸压巷硐进行卸压
利用卸压巷硐卸压方法的实质是,在被保护的巷道附近(通常是在其上部、一侧或两侧),开掘专门用于卸压的巷道或硐室。
转移附近煤层开采的采动影响,促使采动引起的应力分布再次重新分布,最终使被保护巷道处于开掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。
现场所应用到的方式如图3所示。
a.巷道一侧卸压巷硐的卸压原理
1-被
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