深井矿山工程加固技术.ppt
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1、2019/7/2,0,深井矿山工程加固技术,山东科技大学矿山工程研究所 中煤学会矿井建设专业委员会委员 中煤协会支护专业委员会专家组成员 王明远教授,2019/7/2,1,一、深 井 概 述 1、深井的概念 目前一般认为:垂深400m浅矿井; 400800m中深矿井;8001200m深矿井;1200m超深矿井;在相同的地质条件下,巷道埋藏越深,支护越困难。 2、深井带来的问题 (1)应力高:自重应力通常大于18MPa;近期测试的深井巷道水平应力多大于垂直应力,最大水平主应力达58MPa。有些深井常发生岩爆现象,开采中形成冲击地压。 (2)地温高:一般达3246,个别高达5060。 (3)渗透水
2、压力大:深井水相互贯通,渗透压达78MPa。 (4)瓦斯涌出量大:煤层瓦斯在高压高温作用下,从煤层中溢出,危害矿井安全。,2019/7/2,2,3、巷道埋深与稳定的关系 根据矿井调查和实践研究统计分析,当围岩单轴抗压强度在4060Mpa的中硬岩中,拱形巷道断面1220m2条件下,采用常规的锚网喷支护形式:锚杆规格(1618)(18002000)mm的MSGLW-335无纵肋螺纹钢树脂锚杆,间排距800800mm;4mm钢筋网,网格100100mm;喷射100mm厚的C20混凝土的支护结构形式时,巷道埋深与变形情况如表1所示。,2019/7/2,3,表1 巷道埋深与变形情况统计表,2019/7/
3、2,4,二、 影响巷道稳定的因素 1、客观因素 (1)围岩性质 围岩性质包括岩石性质和岩体性质。 岩石性质:主要是强度指标(Rc) ; 岩体性质:层理、节理和裂隙等。 (2)岩层物相:产生膨胀、蠕变、流变的矿物成分,如蒙托石、伊利石、高岭石的含量。 (3)地应力与地质构造 重点是位于向斜、背斜轴部、与断层走向一致或过断层段的巷道。 (4)地下水:水温、含水层、含水带的沟通 (5)地温:如龙固、赵楼矿高达4248。,2019/7/2,5,2、主观因素 (1)巷道布置于开挖顺序 两条巷道平行,其间隔岩柱小于巷道开挖宽度的3倍时,产生应力叠加,先开挖巷道受后开挖巷道再次应力分布叠加,更易使巷道变形破
4、坏。 (2)巷道断面尺寸和形状 巷道开挖表面积与巷道稳定程度成反比,其形状越接近圆形越有利于稳定。 (3)支护材料与结构形式 支护材料主要是强度和弹塑性。结构形式主要指改变围岩应力状态的方式,如锚杆、锚索起悬吊、挤压、加固作用,网喷起表面封闭和调节应力集中作用;注浆则将松散破碎岩体粘结成整体,起固结强化并改善围岩应力状态等主动支护作用。,2019/7/2,6,(4)支护参数 支护参数主要指材料的强度、规格、型号,结构原理、方式,支护结构在围岩中的布置密度、形式等。如锚杆材料、锚固形式,直径、长度、锚固力、预紧力;锚杆布置方式、间排距等。重点是支护强度大于外力强度临界值。 (5)施工工艺与质量
5、开挖方式对围岩扰动程度和范围,所以光面爆破,降低装药量是保护围岩的有效方法;支护顺序和时间;支护设备及工艺过程;施工操作执行力与质量标准;检验评价方法;质量管理方法;质量控制体系等。前五条为客观因素,后五条为主观因素。,2019/7/2,7,三、控制巷道围岩的主要途径 1、提高围岩自身强度 (1)基本原理 “先抗后让,强支弱护,保持完整,减少松动”; “内实外松,近压远拉,环带连续,异体胶结”。 (2)主要支护形式:锚、网、喷、索、梁、注。 (3)主要支护材料 锚杆及配件:高强、预应力、缓压、精加工、拱形托盘、转动垫圈、长锚固段。 杆体强度KMG500以上的钢材,22mm,L2m,锚固端600
6、mm;延伸率23%。(见图1 高强预应力锚杆),2019/7/2,8,高强高预应力让压锚杆让压前图片 预应力让压锚杆让压后图片 图1 高强高预应力让压锚杆结构图 (美国济宁捷马公司产品),2019/7/2,9,合理参数: (3)锚索:17.78mm,预应力150kN,最大承载力320kN,长度一般为68m,锚固端长1200mm。加固重点是巷道两肩的应力集中带。 (4)锚注加固: 加固带=11.5倍锚固带; 注浆,水泥浆为主; 注浆锚杆。(图2、3),2019/7/2,10,图2 注浆锚杆结构图,图3 高压注浆锚杆结构图,2019/7/2,11,2、应力转移(卸压) (1)反底拱; (2)让压带
7、、让压层; (3)卸压巷; (4)卸压槽; (5)卸压钻孔; (6)爆破松动。,2019/7/2,12,四深井巷道支护加固实例 1、实践矿井概况,2019/7/2,13,2、唐口矿研究治理方案 (1)巷道、硐室破坏情况(如图47所示),图4 唐口矿巷道拱肩部位变形开裂,2019/7/2,14,图5 唐口矿巷道底臌1.2m,2019/7/2,15,图6 唐口矿大巷底角锚喷网支护后开裂,2019/7/2,16,图7 唐口矿泵房40#工字钢梁发生弯曲,2019/7/2,17,(2)主要加固方案,图8 唐口矿泵房加固结构图(无泵基础),2019/7/2,18,图9 唐口矿胶带机头硐室加固结构图,201
8、9/7/2,19,锚注及平面锚索桁架 注浆锚索及锚梁 反底拱梁 防水让压层 (3)加固效果(如图1012所示),2019/7/2,20,图10 唐口矿中央水泵房平面锚索桁架加固治理后状况,2019/7/2,21,图11 唐口矿变电所锚索梁加固治理后状况,2019/7/2,22,图12 唐口矿大巷加固治理后状况,2019/7/2,23,(5)新掘巷道预案机制 抗让卸固 抗让防 3、济西矿研究治理方案 (1)巷道、硐室破坏情况(如图1315所示),2019/7/2,24,图13 济西矿巷道底臌破坏图,2019/7/2,25,图14 济西矿巷道围岩挤压变形后断面缩小,2019/7/2,26,图15
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