井巷支护方式的合理选择

井巷支护方式的合理选择

王熙宗

中图分类号TD353　文献标志码C　文章编号1008-0155(2003)02-0092-02

一、问题的提出

对于井工开采的矿井,井巷工程的维护与矿井的正常生产有着密切的关系。可以说,在很大程度上,井巷工程的支护结构的正确选择,将直接影响到井巷维护的难易程度。一个生产矿井,采区巷道的工程量约占整个矿井井巷工程量的70%以上,采区巷道大部分是由回采巷道组成,且直接受到采动的影响。在采区上覆岩层活动的影响下,巷道出现不同程度的变形,变形量较大的,往往使巷道的维护非常困难。随着矿井开采深度的不断延深,巷道支护将更加困难。因此,改善采区巷道维护状况,选择合理的支护形式,对降低巷道的维护费用,降低矿井的吨煤成本,都有着重要的意义。

二、井巷支护类型

目前井巷支护结构的类型基本上可以分为两类:支撑式支护结构和锚喷式支护结构。在支撑式结构中又可分棚子式支架及整体式支架,整体式支架常由料石、钢筋砼等砌筑而成。

三、井巷支护结构的应用原理

支撑式支护结构的原理主要是利用支架的可缩性,在地压及周围其他压力的作用下,有较大的变形量而又不致丧失其承载能力,从而利用围岩的抗力形成一个较好的挤压组合拱来支护巷道。在支撑式支护结构进行设计与施工中应注意:(1)支护结构的稳定性。这要求自由度恰当,铰接点不宜太多。(2)井巷围岩的抗力。应充分利用好围岩的抗力,使支护结构内部受力均匀,施工时可采用填料等办法填实支护结构与围岩的间隙。(3)支架的刚度。支架的刚度与支架的可缩性密切相关,由于井巷地压是由支护结构与围岩共同来承受的,因此,应使用合理的可缩性支架。(4)支架的架设时间。掌握好支架的架设时间,既避免围岩破裂下落,又避免支架结构承受较大的地压。

砌碹式支护结构主要是利用料石砌好后的整体性,对地压、侧压及围岩等其他压力形成一个承载环来进行整体支撑,从而使巷道达到安全稳固。

锚喷式支护结构,其原理主要是从改善井巷围岩的力学性能,充分利用井巷围岩的内在强度和自支撑力对井巷进行支护。其原理主要有:(1)悬吊作用。利用锚杆可以将巷道破碎的围岩悬吊在坚硬岩石中,但锚杆长度必须保证作用到坚硬岩石里。(2)组合作用。利用锚杆可将薄层状的岩石组合为一个整体。(3)减跨作用。对大跨度的井巷断面,打入锚杆可使巷道的跨度减小,降低围岩的拉应力。(4)挤压加固作用。主要改变井巷围岩的应力状态,力图使围岩中的两向应力状态变成三向应力状态,这样就可以提高井巷的自撑能力。

锚喷式支护是一种主动的、积极的支护结构。目前,常用的有锚杆式支护结构、喷砼式支护结构、锚喷联合支护、锚网支护、锚网与可缩性支架联合支护以及锚杆注浆支护等。另外,在锚喷支护的基础上又有二次支护理论。即在掘进施工中,当其巷道围岩一经露,就在围岩中打入锚杆,并喷一薄层砼,使周围形成岩石承载环,当第一次支护稳定后,再进行第二次支护,使井巷围岩处于安全封闭和安全稳定状态。

四、对井巷合理选择支护结构

巷道支护形式应根据施工巷道的围岩特性、地质构造和水文地质条件以及巷道的服务年限和所在位置进行正确选择。设计巷道时应尽可能避开地质构造复杂区、构造应力集中区以及煤柱压力集中区。在采区巷道布置中应(下转第77页)

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有井巷均采用了此种锚杆支护,彻底取消了钢支架,节约了大量的投资。

目前三矿一井的开拓延伸支护也正在使用此种锚杆,3月份由三矿生产办、掘进队和公司生产技术部矿压组共同在三矿一井暗副井进行钉式双锚头加力锚杆性能测试,数据如下:

顶板锚杆: 16×1650mm(煤0.9m,以上为泥岩),共打设两根,打设后凝固时间20m in,当拉拔力达到15M Pa时煤壁破坏,锚杆未有位移。

帮锚杆: 16×1650m m,全岩共打设一根,打设后凝固时间7min,拉拔力拉到6MPa时,松脱位移量为50mm。

顶锚杆: 16×1650m m,全煤打设时间为两天,拉拔力拉到20M Pa时停止拉拔,未发现有位移松脱量。

经过三矿大井和一井的使用,相信此锚杆在我局特别是软岩层中会得到进一步的推广和应用。

作者简介:秦国锋(1957—),男,内蒙古乌达煤矿职工大学毕业,高级工程师,现任大雁煤业公司安全监察局副局长、总工程师。

宫兴辉(1967—),男,大专毕业,工程师,现任大雁煤业公司安全监察局综合处处长。

收稿日期:2003-01-24 (责任编辑　熊红婴)

(上接第92页)

尽量多送煤巷,施工中尽可能减少对围岩的松动破坏及对顶底板的破坏,以保护围岩的完整性及其自身承载能力。

一般软岩特征地质条件下永久性巷道,由于其本身具有“松、散、软、弱”等特点,岩石强度低,易风化、破碎,有时遇水易膨胀,岩层中的巷道掘进容易,维护却极困难。在这类软岩巷道中,地质情况复杂,巷道支护不单纯是受岩层的重力作用,有时周围受很大的膨胀应力、构造应力,有时侧压比顶压大几倍。因此,要合理选择采区巷道的支护形式,提高围岩的强度,降低围岩中的应力;改善围岩中的应力状况,充分发挥围岩本身的承载能力;缓和及减少围岩移动,保证巷道的支护断面。

这种软岩的永久巷道,可采用封闭式直墙半圆拱形锚、喷、网联合支护结构,回采巷道采用锚、网支护结构或可缩性支架支护。服务时间短的回采巷道可采用棚式支护辅以复合支护。由于砌碹式支护为刚性支护,能承受较大的静压力,但承受动压的能力较小。因此,主要运输大巷、回风大巷等可采用砌碹式支护。采区巷道一般不宜采用砌碹式支护,对于煤岩较硬的非永久性巷道,可用锚杆支护以达到支护的目的。回风巷道采用锚喷支护有利于风流畅通,也有利于防火。对围岩软弱、破碎的永久性巷道和回采巷道也可采用U型钢可缩性支架支护。

五、心得与体会

在巷道设计时,应考虑井巷的支护形式。选择支护形式时应根据井巷工程的地质条件、水文条件、围岩性质及井巷的用途,确定合乎条件的、经济的支护形式,既要使井巷服务于我们的生产,又要提高井巷的掘进率,并且降低井巷的维修率,从而大幅度地降低矿井的吨煤成本。

作者简介:王熙宗(1955—),男,鸡西矿院毕业,高级工程师,现任宝日希勒煤业公司总工程师。

收稿日期:2003-01-24 (责任编辑　熊红婴)

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