基于钢管混凝土支架的复合支护技术在断层破碎带巷道中的应用研究
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支护形式和提高其支护阻力以及优化巷道断面等是
深部巷道围岩控制的有效途径.王襄禹、柏建彪提
出全断面松动放矸卸压技术,通过支架后方放矸释
放围岩变形能,将巷道浅部集中应力向围岩深部转
移.马念杰等深入研究巷道应力场及塑性区分布规
律,提出了相应的深井巷道支护技术.何富连等通
过多层次锚喷网注联合支护系统,详细阐明了具体
区布置 ３ 条大巷:南翼轨道大巷、南翼回风大巷和
南翼运输大巷.３ 条大巷层位 相 近,均 布 置 在 ３ 号
煤顶板中,受断层影响,穿层掘进.
１
１ 巷道穿越断层破碎带特征分析
－６５０ m 南翼轨道大巷埋深 ６９０ m,横穿 多 条
断层:DF１６、DF３８、DF５１、DF５２ 和 GF６ 断 层,
其中 DF５１ 断 层 落 距 ２１ m,GF６ 断 层 落 距 ３３ m,
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Yangcheng Mi
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中国煤炭第 ４５ 卷第 ５ 期 ２０１９ 年 ５ 月
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
U２９ 型 钢 支 架 间 距 １０００ mm, 底 板 浇 筑 ４００ mm
厚 C４０ 混凝土层;混凝土喷层厚度 ２００ mm、直径
６ mm 的菱形 金 属 网. 采 用 直 径 ２２ mm 中 空 注 浆
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修巷道钻取岩芯进行岩石强度、粘土矿物含量及水
理性质测试.
水平主应 力 为 ２１
３ MPa, 最 小 水 平 主 应 力 为 ７
９
MPa,垂直主应力为 １２
４ MPa.
综上分析, －６５０ m 南翼轨道大巷属于高应力
软弱破碎巷 道,穿 越 断 层 多,围 岩 破 碎 且 强 度 低,
岩石单轴抗压强度测试显示,泥岩抗压强度平
DF５２ 断 层 落 距 ３７ m,DF３８ 断 层 落 距 达 到 ５０~
１００ m, －６５０ m 南翼大巷地质剖面如图 １ 所示.
受断层影响围岩破碎,巷道整体性极差,自稳能
的支护技术,受多断层影响,常规支护技术往往不
力低;地应力场表现为水平应力为主,对巷道变形影
能长期稳定.近年来钢管混凝土支架在深部软岩巷
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kNm,出现在顶弧段左肩,支架极限受力在允许范围以内,满足支护稳定要求. －６５０ m
南翼轨道大巷采用复合支护设计后支护结构稳定,巷道变形量小,表明基于钢管混凝土支架
的复合支护设计适合断层破碎带巷道支护.
关键词 巷道支护 断层破碎带 钢管混凝土支架 有限元模拟
中图分类号 TD３５３ 文献标识码 A
锚索, 长 度 ８０００ mm, 间 排 距 １０００ mm ×１０００
mm,锚杆与锚索 交 错 布 置,梅 花 形 分 布,采 用 纯
水泥浆单液注浆.
道稳定极为不利.
(
４)水对破碎带围岩的软化作用.断层破碎带
中泥岩比例较大,泥岩中粘土矿物含量高,受断层
裂隙水作用,破碎带中的泥岩长期处于吸水膨胀作
用下,强度损失大,同时,施工废水任意排放加剧
质参数,揭示了原有支护条件下巷道的变形破坏机理,基于承压环强化支护理论提出基于钢
管混凝土支架的复合支护设 计 方 案,在 巷 道 内 形 成 硬 壳 支 护 层.以 有 限 元 软 件 FLAC３D 分
析复合支护体受 力 性 能, 浅 底 拱 圆 形 钢 管 混 凝 土 支 架 最 大 轴 力 １９１４kN, 最 大 弯 矩 ７３
影响煤矿生产的技术难题,也是矿山支护与矿山岩
接影响煤矿的安全生产.断层破碎带支护难题既是
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (
５１７０４１７６)
引用格式:毛庆福,王军 基于钢管混凝土支架的复合支护技术在断层破碎带巷道中的应用研究 [
J] 中国煤炭,２０１９,４５ (
５):９５－１０１
,
MaoQi
支护措施的围岩应力场平衡机制.王军、李学彬等
提出了承压环强化支护理论,并由此提出基于钢管
混凝土支架的 复 合 支 护 技 术, 取 得 良 好 支 护 效 果.
以上理论对巷道支护技术具有良好的推动作用.
但是在软岩断层破碎带支护中还没有较为成熟
１ 断层破碎带地质分析
阳城煤矿位于鲁西南地区, －６５０ m 南翼主采
－６５０ m 南翼轨道大巷采用上述支护方案后巷
道变 形 持 续 发 展,１ 年 后 两 帮 移 近 量 超 过 １０００
mm,顶板下 沉 量 也 超 过 ８００ mm, 底 鼓 严 重, 混
凝土底鼓近 ５００ mm,之后多 次 落 底 并 局 部 锚 网 喷
修补,巷道变形始终不能稳定.
受力,U２９ 型钢规 格 小, 做 成 的 支 架 承 载 力 较 低,
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响较大;断层破碎带中泥岩含量高,泥岩吸收断层裂
道支护中 取 得 良 好 的 支 护 效 果, 本 文 以 阳 城 煤 矿
隙水而泥化,强度损失,给巷道支护带来较大困难.
图 １ －６５０ m 南翼轨道地质剖面
１
２ 巷道围岩力学参数测试
－６５０ m 南翼轨道大巷围岩主要以泥岩和细砂
岩等泥质胶结为主,围岩破碎,岩层倾角大,在失
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当巷道穿 过 断 层 带 时, 由 于 断 层 带 围 岩 破 碎、
裂隙发育会使岩体强度大幅度降低,断层带容易积
围岩变形严重,甚至可能出现较大范围的冒顶,直
聚水分,在水的作用下岩体强度进一步降低,巷道
均值 ９
８ MPa, 细 砂 岩 抗 压 强 度 平 均 值 ３２ MPa.
水理性质测试显示,细砂岩浸水后碎裂崩解,崩解
物为碎岩屑;泥岩浸水后泥化,具有明显的吸水软
化和膨胀特征.粘土矿物含量测试显示,泥岩的粘
土矿物含 量 为 ５３
９％ , 粘 土 矿 物 中 伊 蒙 混 层 占 比
３９％ 、伊利石占比 ９％ 、高岭石占比 ５２％ ,细砂岩
水理参数良好,未测试矿物含量.钻孔窥视成像显
示, －６５０ m 南翼轨道大巷顶板和帮部存在多条裂
隙,围岩破碎.地应力测试显示, －６５０ m 南翼轨
９６
道大巷走向与最大水平主应力方向基本垂直,最大
围岩中粘土矿物含量高,受断层裂隙水和施工废水
影响,围岩软化严重.
２ 原支护方案变形破坏分析
２
１ 断层破碎带巷道原支护设计
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深部巷道围岩控制的有效途径.王襄禹、柏建彪提
出全断面松动放矸卸压技术,通过支架后方放矸释
放围岩变形能,将巷道浅部集中应力向围岩深部转
移.马念杰等深入研究巷道应力场及塑性区分布规
律,提出了相应的深井巷道支护技术.何富连等通
过多层次锚喷网注联合支护系统,详细阐明了具体
区布置 ３ 条大巷:南翼轨道大巷、南翼回风大巷和
南翼运输大巷.３ 条大巷层位 相 近,均 布 置 在 ３ 号
煤顶板中,受断层影响,穿层掘进.
１
１ 巷道穿越断层破碎带特征分析
－６５０ m 南翼轨道大巷埋深 ６９０ m,横穿 多 条
断层:DF１６、DF３８、DF５１、DF５２ 和 GF６ 断 层,
其中 DF５１ 断 层 落 距 ２１ m,GF６ 断 层 落 距 ３３ m,
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U２９ 型 钢 支 架 间 距 １０００ mm, 底 板 浇 筑 ４００ mm
厚 C４０ 混凝土层;混凝土喷层厚度 ２００ mm、直径
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３ MPa, 最 小 水 平 主 应 力 为 ７
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４ MPa.
综上分析, －６５０ m 南翼轨道大巷属于高应力
软弱破碎巷 道,穿 越 断 层 多,围 岩 破 碎 且 强 度 低,
岩石单轴抗压强度测试显示,泥岩抗压强度平
DF５２ 断 层 落 距 ３７ m,DF３８ 断 层 落 距 达 到 ５０~
１００ m, －６５０ m 南翼大巷地质剖面如图 １ 所示.
受断层影响围岩破碎,巷道整体性极差,自稳能
的支护技术,受多断层影响,常规支护技术往往不
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的复合支护设计适合断层破碎带巷道支护.
关键词 巷道支护 断层破碎带 钢管混凝土支架 有限元模拟
中图分类号 TD３５３ 文献标识码 A
锚索, 长 度 ８０００ mm, 间 排 距 １０００ mm ×１０００
mm,锚杆与锚索 交 错 布 置,梅 花 形 分 布,采 用 纯
水泥浆单液注浆.
道稳定极为不利.
(
４)水对破碎带围岩的软化作用.断层破碎带
中泥岩比例较大,泥岩中粘土矿物含量高,受断层
裂隙水作用,破碎带中的泥岩长期处于吸水膨胀作
用下,强度损失大,同时,施工废水任意排放加剧
质参数,揭示了原有支护条件下巷道的变形破坏机理,基于承压环强化支护理论提出基于钢
管混凝土支架的复合支护设 计 方 案,在 巷 道 内 形 成 硬 壳 支 护 层.以 有 限 元 软 件 FLAC３D 分
析复合支护体受 力 性 能, 浅 底 拱 圆 形 钢 管 混 凝 土 支 架 最 大 轴 力 １９１４kN, 最 大 弯 矩 ７３
影响煤矿生产的技术难题,也是矿山支护与矿山岩
接影响煤矿的安全生产.断层破碎带支护难题既是
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (
５１７０４１７６)
引用格式:毛庆福,王军 基于钢管混凝土支架的复合支护技术在断层破碎带巷道中的应用研究 [
J] 中国煤炭,２０１９,４５ (
５):９５－１０１
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支护措施的围岩应力场平衡机制.王军、李学彬等
提出了承压环强化支护理论,并由此提出基于钢管
混凝土支架的 复 合 支 护 技 术, 取 得 良 好 支 护 效 果.
以上理论对巷道支护技术具有良好的推动作用.
但是在软岩断层破碎带支护中还没有较为成熟
１ 断层破碎带地质分析
阳城煤矿位于鲁西南地区, －６５０ m 南翼主采
－６５０ m 南翼轨道大巷采用上述支护方案后巷
道变 形 持 续 发 展,１ 年 后 两 帮 移 近 量 超 过 １０００
mm,顶板下 沉 量 也 超 过 ８００ mm, 底 鼓 严 重, 混
凝土底鼓近 ５００ mm,之后多 次 落 底 并 局 部 锚 网 喷
修补,巷道变形始终不能稳定.
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道支护中 取 得 良 好 的 支 护 效 果, 本 文 以 阳 城 煤 矿
隙水而泥化,强度损失,给巷道支护带来较大困难.
图 １ －６５０ m 南翼轨道地质剖面
１
２ 巷道围岩力学参数测试
－６５０ m 南翼轨道大巷围岩主要以泥岩和细砂
岩等泥质胶结为主,围岩破碎,岩层倾角大,在失
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当巷道穿 过 断 层 带 时, 由 于 断 层 带 围 岩 破 碎、
裂隙发育会使岩体强度大幅度降低,断层带容易积
围岩变形严重,甚至可能出现较大范围的冒顶,直
聚水分,在水的作用下岩体强度进一步降低,巷道
均值 ９
８ MPa, 细 砂 岩 抗 压 强 度 平 均 值 ３２ MPa.
水理性质测试显示,细砂岩浸水后碎裂崩解,崩解
物为碎岩屑;泥岩浸水后泥化,具有明显的吸水软
化和膨胀特征.粘土矿物含量测试显示,泥岩的粘
土矿物含 量 为 ５３
９％ , 粘 土 矿 物 中 伊 蒙 混 层 占 比
３９％ 、伊利石占比 ９％ 、高岭石占比 ５２％ ,细砂岩
水理参数良好,未测试矿物含量.钻孔窥视成像显
示, －６５０ m 南翼轨道大巷顶板和帮部存在多条裂
隙,围岩破碎.地应力测试显示, －６５０ m 南翼轨
９６
道大巷走向与最大水平主应力方向基本垂直,最大
围岩中粘土矿物含量高,受断层裂隙水和施工废水
影响,围岩软化严重.
２ 原支护方案变形破坏分析
２
１ 断层破碎带巷道原支护设计
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