应力集中区过断层巷道超前裸注联合支护技术研究_杨宗坡.pdf
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1、第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.0200引言随着煤矿开采深度的增加,地质条件愈加复杂,巷道在承受高地应力的同时,还要经受强烈的开采扰动,巷道支护技术要求不断提高。在矿井巷道支护的研究中逐渐形成了锚杆支护技术、注浆支护技术、U型钢支护技术等。对于大埋深、围岩条件差、地质构造复杂的巷道,由于煤岩体层理紊乱、煤质极其松软,在叠加应力的作用下,单一支护已无法满足安全生产需要。对于煤柱应力集中区和断层带的影响,前人已经有了大量的研究,并提出了一系列施工工艺和控制技术,为很多
2、复杂工程提供了类比的经验。但是对于煤柱应力集中影响区内过断层带的复杂工况,单纯的采用工程类比搬用已有技术是有很大安全隐患的。基于此,结合矿井实际条件,在深埋高应力地质构造带,采用不喷浆封闭的情况下,利用超前小导管注浆配合多元素支护的方案,对煤柱集中应力影响范围内过断层带的巷道段进行加强支护,并根据现场实测数据对该支护技术进行了评价,为类似的工程提供了技术参考。1工程概况1.1水文地质平煤股份一矿戊10-21113采面位于二水平戊一采区东翼中部,其地面标高为+270+411 m,井下标高-233-256 m,工作面的机、风巷布置在已回采的戊8-21111、戊10-21112、戊8-23021、戊
3、10-23022采区下方,其中,戊8-21111和戊8-23021采面之间留有全煤厚煤柱。由于该工作面内形成煤柱,造成水平应力和竖直应力集中范围呈数倍增加,而且围岩破碎程度高。另外,根据紧邻采面及上分层揭露情况,该采面以正断层为主,机巷中段,落差1.12.7 m,风巷落差0.73.2 m。断层将对掘进造成严重影响,因上部采面已回采,风、机巷在掘进施工时有淋水现象,主要是上部采空区少量积水通过假顶渗出所致。巷道布置如图1所示。1.2巷道破坏特征煤层开采以后,上覆岩层的各小分层将发生变形和成组破坏,从而使支承压力的动态过程变得极其复杂,在顶板分层突然垮落时,又会产生突然卸载,采场上覆岩层的运动情况
4、、特别是侧向顶板岩层应力集中区过断层巷道超前裸注联合支护技术研究杨宗坡(平顶山天安煤业股份有限公司 一矿,河南 平顶山467011)摘要:为有效控制煤柱应力集中区过断层带的巷道围岩变形,提出在不喷浆封闭巷道壁面的情况下,通过超前小导管注浆,并采用36U型钢+锚索协同承载的支护方案,既提高了巷道过断层区域围岩的完整性与强度,又充分发挥锚索支护的主动性及联合承载整体效能。通过巷道稳定性分析、科学监控量测,表明巷道围岩变形能够得到有效控制,为类似的工程提供了技术参考。关键词:应力集中区;断层带;超前裸注;联合支护中图分类号:TD353文献标志码:A文章编号:1008 8725(2023)02 086
5、 04Research on Advanced Bare-wall Grouting Combined SupportTechnology for Roadway Crossing Fault in Stress Concentration AreaYANG Zongpo(No.1 Coal Mine,Pingdingshan Tianan Coal Co.,Ltd.,Pingdingshan 467011,China)Abstract:In order to effectively control the surrounding rock deformation of roadway pas
6、sing throughfault zone in stress concentration area of coal pillar,the supporting scheme of advanced small pipegrouting combined with 36U steel+anchor cable cooperative bearing is proposed without grouting toclose roadway wall.It not only improves the integrity and strength of surrounding rock in ro
7、adwaycrossing fault area,but also gives full play to the initiative of anchor cable support and the overallperformance of joint bearing.Through roadway stability analysis and scientific monitoring measurement,it shows that roadway surrounding rock deformation can be effectively controlled,which prov
8、ides technicalreference for similar projects.Key words:stress concentrated area;fault zone;advance bare wall grouting;combined support86的破断是引发回采巷道及护巷煤柱剧烈变形的主要原因。而在应力影响范围内再次开挖巷道时,则会发生冲击性加载应力。根据上分层及邻近巷道采掘后跟踪情况分析,主要存在于以下破坏特征。(1)帮部诱导型破坏帮部诱导型破坏主要表现在靠近采空区一侧的煤体因破坏而卸载,煤柱蠕变到一定程度,几乎不具备承压能力,使得顶板由简支梁状态转化为悬臂梁状态,
9、更易使顶板造成断裂破坏,另一方面,也加剧了对实体侧煤柱的压力,产生更大的塑性流变,如此恶性循环,使巷道整体破坏。(2)顶板诱导型破坏在巷道从掘进到稳定期间,垂直应力在整个层面上都有不同程度的降低,这就造成了顶板的变形主要发生在中浅部围岩,且优以顶板的中部破坏严重。在受到本工作面采动影响时,水平应力有明显的上升。顶板中应力的明显上升,由于压曲作用的存在,致使巷道中垂直应力增大,顶板将在大范围内下沉和变形。2巷道支护方案2.1支护原理超前小导管,是工程掘进施工过程中的一种工艺方法,主要用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。超前小导管是稳定开挖工
10、作面的一种非常有效的辅助施工方法。在软弱及破碎岩层施工中,超前小导管对松散岩层起到加固作用,注浆后增强了松散、软弱围岩的稳定性,有利于完成开挖后与完成初期支护时间内围岩的稳定,不至于围岩失稳破坏直至坍塌。超前小导管注浆适用于巷道拱部软弱围岩,松散、自稳能力差的砂层及砂砾(卵)石层级破碎岩层。通过超前小导管注浆能改变围岩状况及稳定性,浆液注入软弱、松散地层或含水破碎围岩裂隙后,能与之紧密接触并凝固。浆液以充填,劈裂等方式,置换岩石裂隙中的水分及空气后占据其位置,经过一定时间凝结,将原有的松散裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新,强度大,防水性能良好的固结体,使得围岩松散破碎状况得到大幅度改善。2.
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