唐口煤矿支护方案.doc

深井软弱围岩支护系统协同作用机理研究与应用
实施方案
1 南部大巷地质概况
唐口煤矿是淄博矿业集团济北矿区的第四对现代化大型矿井,设计年生产能力300万吨,主要开采煤层3上煤层,井田面积约80km2。唐口矿井是淄博矿业集团有史以来建设的第一对超千米深矿井,主、副、风井的深度分别为1029米、1060米和1044米,地质条件复杂,地质灾害多,国内罕见。从揭露的岩层情况看,南部回风、轨道巷道围岩情况见表1。
表1 南部回风、轨道巷道围岩情况
顶底板
名称
岩石
名称
厚度∕m
岩性特征
老顶
细砂岩
~

灰白色,成分以石英为主,长石次之,泥质胶结,少量直立裂隙且被方解石充填,底部夹粉砂岩薄层。抗压强度为50MPa,属稳定顶板。
直接顶
泥岩
~

灰黑色,水平层理,松软易碎。抗压强度为30MPa,属不稳定顶板。
直接底
泥岩
~

灰黑色,水平层理,参差状断口,具直立裂隙,且被方解石充填。抗压强度为30MPa左右,属不稳定底板。
老底
粉砂岩
~

黑灰色,含植物茎叶化石,无规则裂隙发育被方解石充填,偶含菱铁矿结核,局部夹镜煤条带。抗压强度为40MPa,属较稳定底板。
现有的支护形式为锚杆、锚索、焊接金属网加喷射混凝土。为确保以后施工的巷道峒室能够安全可靠的使用,淄博矿业集团唐口煤矿经过调研,特委托山东科技大学资源与环境工程学院进行“深井软弱围岩支护系统协同作用机理研究与应用”项目研究,以确保矿井的顺利、安全、有效地施工和建设。
2 国内外研究现状

深井软岩硐室群及巷道变形与压力控制是目前深井建设中遇到的普遍问题,合理有效的硐室群支护技术不仅确保矿井生产安全,而且能够降低和取消支护维修费用,提高矿井的综合经济效益。随着矿井各种峒室和巷道的不断掘进,对相对复杂地质条件下,探究经济合理的硐室群支护技术,对矿井安全有效建设具有重要的现实意义和工程价值。
目前,山东菏泽巨野、郓城及济宁周边一带建设的深井,在巷道掘进施工过程中均遇到了深井巷道支护之问题,对于软弱岩体好多矿井大多采用了后处理的办法来解决深井峒室及巷道的支护难题,其中以锚注为主。锚注虽然是一种处理巷道变形破坏的一种有效方法,但它是一种被动解决问题的方法,该支护方法没有有效地控制围岩松动圈扩展,造成巷道围岩变形,导致混凝土开裂。
深井软岩峒室群支护的理念应该是-采用主动支护围岩控制方法,提高围岩的自身承载能力,使支护结构-锚杆、锚索、金属网和混凝土喷层协同有效抵抗地应力释放,以平衡巷道围岩的变形,真正实现锚网主动支护。

美国作为世界上第二采煤大国,锚杆支护技术是最先进的,美国锚杆支护技术至今已有一百多年的发展历史,但锚杆支护技术的广泛应用,仅是近五、六十年的时间,现在美国矿井的锚杆支护率为100%。
1945~1950:机械式锚杆的研究与应用;
1950~1960:广泛采用机械式锚杆,开始对锚杆进行系统研究;
1960~1970:发明了树脂药卷,引发锚杆技术的一次革命;
1970~1980:发明管缝式锚杆、水力胀管式锚杆,研究新的锚杆设计方法,长锚索产生;
1980~1990:混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆、各种特种锚杆得到应用,树脂锚固材料得到改进。
美国是世界上较早使用锚杆并以锚杆作为唯一的煤矿顶板支护方式的国家,也是目前世界上锚杆支护技术最先进、最成熟、锚杆使用数量最多的国家。由于使用锚杆能有效控制巷道围岩
变形,美国所有井工巷道都布置在煤层中。美国每年锚杆使用量在8000万套以上,。
50年代初,美国发明了世界上第一个涨壳式锚头,由此而来带来了美国采矿工业的一场革命。
60年代末由于树脂锚固剂的发明,锚杆使用的相当一部分都是以树脂锚固剂全长胶结的形式。
70年代末,美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合使用,使锚杆预应力可以达到杆体本身强度的50%~75%。同时锚杆的直径和强度有了进一步的提高(直径达到22mm和25mm,强度达到800MPa)。美应力大、层理裂隙极端发育的复合顶板及破碎围岩情况下是非常成功的。
80年代美国陆续开发了螺母阻尼式预应力锚杆、两节镦头式预应力锚杆、镦头涨壳式预应力锚杆、普通镦头锚杆、钢绞线锚杆及各种M、W型钢带及托盘新型支护材料。
美国在复杂的地质条件下成功使用锚杆的经验是采用高预应力、高强度锚杆,对巷道顶板采取积极主动的支护,极大地提高了巷道围岩的自承载能力和巷道的稳定性,减少了锚杆数量、提高了巷道掘进