優(yōu)化巷道支護方式技術(shù)研究.doc

國投煤炭有限公司技術(shù)創(chuàng)新計劃項目申報書（2014年度）項目名稱：優(yōu)化巷道支護方式技術(shù)研究申報單位：國投哈密一礦申報日期：2013年12月19日國投煤炭有限公司生產(chǎn)技術(shù)部制訂2013年12月19日項目名稱 優(yōu)化巷道支護方式技術(shù)研究項目內(nèi)容摘要：地下巖體在開挖以前，由于自重和構(gòu)造所引起的應(yīng)力是處于平衡狀態(tài)。當開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，就會引起巖體內(nèi)部應(yīng)力的重新分布。它表現(xiàn)為巷硐周圍煤、巖體產(chǎn)生移動、變形甚至破壞，直到煤、巖體內(nèi)部形成一個新的應(yīng)力平衡狀態(tài)為止。在此過程中，巷硐本身或安設(shè)在其中的支護物會受到各種力的作用。這種由于在地下煤巖中進行采掘活動而在井巷、硐室及回采工作面周圍煤、巖體中和其中的支護物上所引起的力，就叫做“礦山壓力”。在礦山壓力的作用下，會引起各種力學(xué)現(xiàn)象，如頂板下沉，底板臌起，巷道變形后斷面縮小，巖體破壞散離甚至大面積冒落，煤被壓松產(chǎn)生片邦或突然拋出，支架嚴重變形或損壞，充填物被壓縮，以及大量巖層移動地表塌陷等等。這些由于礦山壓力作用，使圍巖、煤體和各種人工支護物產(chǎn)生的種種力學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為“礦山壓力顯現(xiàn)”。根據(jù)煤炭工業(yè)石家莊設(shè)計研究院設(shè)計：國投哈密一礦主副斜井井筒在施工穿過表土段和風(fēng)化基巖段時分別采用了鋼筋+混凝土支護和架棚+混凝土支護，進入基巖段時采用錨網(wǎng)噴+混凝土支護；礦井+400m水平、+310m水平、+350m水平大巷開拓采用錨網(wǎng)（索）噴支護。礦井在大巷開拓中不斷揭露砂巖、穿層施工，頂板不易管理。針對哈密一礦軟巖復(fù)雜性，在施工期間，不斷總結(jié)經(jīng)驗、創(chuàng)新工藝，通過該項目研究準確掌握軟弱圍巖的地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)和圍巖壓力類別，以及進行圍巖穩(wěn)定性評價和變形預(yù)測，進行巷道支護設(shè)計，正確選取有效控制圍巖的支護形式、支護時間和支護參數(shù)，并在施工過程中堅持礦壓監(jiān)測，不斷調(diào)整和優(yōu)化支護方式，改善支護效果，避免巷道進行二次維修，保障大巷圍巖穩(wěn)定和正常使用要求。關(guān)鍵詞：巷道支護方式 軟巖巷道設(shè)計支護形式研究礦壓監(jiān)測項目的立項背景和意義：根據(jù)國投哈密一礦井田勘探鉆孔資料，揭露地層有：第四系（Q）、新近系葡萄溝組（N2p）、侏羅系中統(tǒng)頭屯河組（J2t）、侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）、下統(tǒng)三工河組（J1s）、石炭系上統(tǒng)梧桐窩子組（C2wt）。根據(jù)巖石的特性鑒定，本礦井圍巖屬軟巖類。軟巖膠結(jié)程度差、強度低、節(jié)理發(fā)育、巖體破碎、圍巖應(yīng)力水平高、且易吸水膨脹。軟巖巷道的支護技術(shù)是一項復(fù)雜的工作,在高應(yīng)力作用下,嚴重影響礦井的經(jīng)濟效益和安全狀況。針對哈密一礦軟弱巖層的條件，在地質(zhì)力學(xué)評估和圍巖穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上研究合理的支護方式和支護參數(shù)，不斷調(diào)整和優(yōu)化支護參數(shù)，改善支護效果，實現(xiàn)永久支護后大巷基本上不再翻修，對哈密一礦的順利建井和安全高效開采具有重要的理論意義和實用價值，對國投哈密能源開發(fā)有限責任公司其它礦井乃至國內(nèi)外其它相似條件的礦井巷道支護，具有借鑒和指導(dǎo)意義。國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢：國內(nèi)外對巷道支護研究的主要技術(shù)理論與方法有新奧法、應(yīng)變控制理論、能量支護理論、軸變論和開挖系統(tǒng)控制論、聯(lián)合支護技術(shù)、錨噴一弧板支護理論、松動圈理論、關(guān)鍵部位藕合組合支護理論、圍巖動態(tài)工程分類理論等，國內(nèi)外軟巖巷道支護普遍是遵循新奧法的基本原理和方法。目前，新奧法已成為地下工程的主要設(shè)計施工方法之一。我國軟巖巷道支護技術(shù)的研究大體上是遵循新奧法的基本原理展開的。比較常用的支護方式有：普通支護、錨網(wǎng)噴支護、錨注技術(shù)、錨網(wǎng)（索）噴支護、錨網(wǎng)噴+金屬支架聯(lián)合支護、高強描桿與預(yù)應(yīng)力描索加固等。隨著我國新生代煤層的大力開發(fā)，其開采深度不斷增加, 受高應(yīng)力的影響, 軟巖問題愈趨嚴重, 深部圍巖處于軟巖狀態(tài), 施工條件趨于復(fù)雜化, 巷道及硐室支護的難度和破壞程度不斷增加，軟巖礦井的數(shù)量也在與日俱增。通過煤礦行業(yè)的建設(shè)發(fā)展，軟巖支護方式的不斷研究，工藝不斷創(chuàng)新，超高強度錨桿支護技術(shù)、錨網(wǎng)（索）噴支護、錨注技術(shù)、錨網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)將會在日后解決軟巖支護技術(shù)問題上得到大力研究與發(fā)展。項目主要研究、實施內(nèi)容、創(chuàng)新點及技術(shù)關(guān)鍵：主要研究實施內(nèi)容：（1）圍巖結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)測定在試驗巷道內(nèi)，應(yīng)用取芯鉆機獲取典型鉆孔巖芯，在實驗室內(nèi)進行巖石的物理力學(xué)試驗，應(yīng)用伺服試驗機等先進的測試儀器手段，主要以下方面研究：1）針對淺埋深巷道圍巖易風(fēng)化和遇水崩解的特點，需要進行巖樣的吸水崩解實驗、膨脹率測定等；2）常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)測試，包括巖石強度、剛度、泊松比、密度等。（2）大巷圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測與評價在同一區(qū)域的不同地段，巖體的穩(wěn)定程度不同，即使巖性相同的巖體在巷道的不同位置，其穩(wěn)定性也有差異。另外，哈密一礦建井階段大巷支護采用初始設(shè)計方案，初設(shè)方案大多由設(shè)計單位按規(guī)范、規(guī)程做一般化設(shè)計，與現(xiàn)場實際地質(zhì)條件結(jié)合不夠，針對性不強，容易產(chǎn)生設(shè)計偏差，此外，設(shè)計單位應(yīng)用新技術(shù)相對滯后，不能及時使用有效控制圍巖變形的新技術(shù)。針對以上問題，采用現(xiàn)場測試的研究方法，圍繞以下幾個方面開展研究工作：1）采用鉆孔窺視儀研究關(guān)鍵鉆孔內(nèi)壁分層、層面厚度、巖層裂隙及巖性等情況，準確掌握圍巖一定范圍內(nèi)分層、層面厚度及巖性等情況，及其時空變化變化規(guī)律；2）采用深部多基點位移自動記錄儀等儀器設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)測巷道圍巖的位移和變形情況，分析圍巖發(fā)生位移的層位和速度；3）結(jié)合以上監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，對初始設(shè)計支護參數(shù)條件下的圍巖穩(wěn)定性進行評價，為后續(xù)支護參數(shù)設(shè)計和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。（3）大巷合理支護技術(shù)研究目前，國內(nèi)外與哈密一礦類似地質(zhì)條件下大巷支護主要有錨網(wǎng)索支護、鋼筋混凝土澆筑支護和使用金屬支架支護等幾種形式。合理選擇大巷的支護形式對于圍巖穩(wěn)定性、支護成本和工程施工速度至關(guān)重要。采用數(shù)值模擬、理論計算和現(xiàn)場試驗等綜合研究方法，圍繞以下幾方面展開研究工作：1）采用理論分析的方法，以哈密一礦圍巖力學(xué)參數(shù)為主要依據(jù)，進行支護參數(shù)設(shè)計；2）采用數(shù)值模擬方法，對比分析不同支護參數(shù)方案的支護效果；3）選出最優(yōu)的支護方案進行現(xiàn)場工業(yè)性試驗，對支護效果進行監(jiān)測、及時修正；4）最終確定大巷支護參數(shù)的合理參數(shù)取值范圍，保障大巷圍巖穩(wěn)定。創(chuàng)新點：1）在試驗巷道內(nèi)，應(yīng)用取芯鉆機獲取典型鉆孔巖芯；在實驗室內(nèi)進行巖石的物理力學(xué)試驗，應(yīng)用伺服試驗機等先進的測試儀器進行圍巖分析；2）采用鉆孔窺視儀研究關(guān)鍵鉆孔內(nèi)壁分層、層面厚度、巖層裂隙及巖性等情況，準確掌握圍巖一定范圍內(nèi)分層、層面厚度及巖性等情況，及其時空變化變化規(guī)律；3）采用深部多基點位移自動記錄儀等儀器設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)測巷道圍巖的位移和變形情況，分析圍巖發(fā)生位移的層位和速度；4）大巷冒頂隱患級別分級，為支護設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。技術(shù)關(guān)鍵：根據(jù)地質(zhì)與圍巖條件合理確定巷道支護方式，做到基本上支得住。對巷道掘進的巖石巷道，頂板堅硬且壓力不大的，可采用裸體不支護或光爆噴漿支護方式，對于一般巖巷有一定壓力的巷道可采用錨桿、錨網(wǎng)、錨噴支護方式；在原始段掘送巷道中提倡錨網(wǎng)、錨網(wǎng)U型鋼聯(lián)合支護方式，對于壓力較小的地點，服務(wù)時間較短的巷道應(yīng)推廣錨桿錨網(wǎng)支護方式，根據(jù)不同地點選擇相應(yīng)強度錨桿，科學(xué)設(shè)計錨桿長度，排、間距，壓力顯現(xiàn)較大地點根據(jù)巷道服務(wù)年限宜采用選擇支護強度較大的支護方式，如U型鋼支護，錨網(wǎng)、錨索噴漿、U型鋼聯(lián)合支護等，合理確定巷道斷面，錨桿的長度，排、間距，U型鋼棚距，單、雙棚等。定期、不定期對巷道礦壓進行觀測、監(jiān)測，合理選擇支護方式，使支護合理有效。工藝技術(shù)路線圖：現(xiàn)場觀察-提樣試驗分析巖性優(yōu)化支護設(shè)計支護方式對比分析現(xiàn)場進行支護實踐歸納總結(jié)選擇最優(yōu)支護方案制作相關(guān)文獻項目實施進度安排：2014.4月-2014.5月 調(diào)研、前期可行性論證、項目準備；2014.5月-2014.6月 圍巖力學(xué)參數(shù)試驗、圍巖穩(wěn)定性評價，大巷支護技術(shù)研究；2014.6月-2014.9月 現(xiàn)場試驗；2014.9月-2014.11月 總結(jié)分析研究成果，撰寫項目研究報告；2014.11月-2014.12月 項目驗收，組織專家鑒定。經(jīng)濟效益增加產(chǎn)量銷售額（萬元）利稅（萬元）創(chuàng)匯（萬美元）創(chuàng)效益（萬元）社會效益（包括安全、環(huán)保、節(jié)能、降耗、醫(yī)療保健及其他）根據(jù)實際的地質(zhì)圍巖條件選擇合理的支護方式，盡量避免巷道翻修，降低能耗、節(jié)能減排，同時減少公司對巷道的二次維護投資費用，同比增加經(jīng)濟效益?，F(xiàn)有工作基礎(chǔ)、特色、及優(yōu)勢：為研究國投哈密一礦軟巖支護問題，國投哈密能源開發(fā)公司與某科研院校簽訂大巷支護參數(shù)優(yōu)化技術(shù)開發(fā)的研究項目工作。該科研院校是教育部直屬的全國重點大學(xué)，是我國著名的煤炭高等院校，其中采礦工程為國家級重點學(xué)科，擁有“煤炭資源與安全開采”國家重點實驗室、國內(nèi)外先進的采礦試驗設(shè)備、多種大型數(shù)值模擬軟件等，為該項目的成功提供了充足的研究手段和技術(shù)力量。國投哈密能源開發(fā)有限責任公司有很多優(yōu)秀的、富有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員，并且對于巷道的支護和高應(yīng)力巷道的維護已經(jīng)做了大量的工作，取得了一系列的先進成果，擁有先進的施工設(shè)備和豐富的施工管理經(jīng)驗，不斷完善的施工質(zhì)量管理體系。所有這些為本項目的順利完成奠定了堅實的基礎(chǔ)。經(jīng)費概算：科目價格備注委托其他單位進行科研試制的費用項目鑒定及驗收費其他費用需要增添的主要設(shè)備、儀器（名稱、規(guī)格型號、數(shù)量）和材料：1. 取芯鉆機，2. 抗壓試驗機，3. 鉆孔窺視儀（若干），4. 深部多基點位移自動記錄儀（若干）等儀器；課題負責人（單位、姓名、職稱、職務(wù)）：國投哈密能源能源開發(fā)責任有限公司國投哈密一礦李金嶺國投哈密一礦：生產(chǎn)礦長兼總工程師課題工作人員（單位、姓名、職稱、職務(wù)）：國投哈密能源能源開發(fā)責任有限公司國投哈密一礦王鵬舉國投哈密一礦工程技術(shù)科：副科長國投哈密能源能源開發(fā)責任有限公司國投哈密一礦付超國投哈密一礦工程技術(shù)科：技術(shù)員國投哈密能源能源開發(fā)責任有限公司國投哈密一礦龍