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济宁矿业集团霄云煤矿
深井软岩硐室群及巷道复合
支护研究与应用
可行性研究报告
承担单位:济宁矿业集团霄云XXX煤矿
协作单位:山东科技大学资环学院、河海大学岩土工程研究所
起止时间: ~
二〇〇八年十月
一、矿井概况
霄云XX煤矿是由济宁矿业集团投资兴建的中型现代化矿井,井田位于山东省金乡县霄云XX镇境内。矿井由济南煤炭设计研究院设计,采用立井开拓,设主、副两个井筒,。主井深度840m,付井深度860m,表土段423m,冻结深度472m。现主井井筒已经到底,主付井贯通巷、泵房、南石门、等巷道已经开始施工,付井也已施工至840m深度,将马上施工到井底。井下峒室群将陆续施工。
从井底局部峒室揭露的岩层情况看,巷道围岩情况为:
(1)南石门和南石门交叉点为细砂岩和粉砂岩为主,但是节理裂隙特别发育,支护难度较大。
(2)主井北牛鼻子底板为恢褐色泥岩,遇水泥化、膨胀,造成牛鼻子附近局部发生底鼓,支护难度大。
(3)主井北的贯通巷迎头揭露的岩石为灰褐色泥岩,遇水泥化、膨胀,支护难度大。
(4)水仓掘进迎头揭露的岩石为泥质粉砂岩,节理裂隙发育,有一定支护难度。
现有的支护形式为锚杆、锚索、焊接金属网加喷射混凝土,锚杆杆体为右旋等强螺纹钢,锚杆规格 Q335 Ф18-2100。锚索规格为:,长度5000~6000mm。从现有的支护显现看,巷道局部顶、帮有一定变形,个别地段混凝土喷层出现纵向开裂。
为确保以后施工的巷道峒室能够安全可靠的使用,济宁矿业集团、霄云XX煤矿经过调研,特委托山东科技大学资源与环境工程学院和河海大学岩土工程研究所进行“深井软岩硐室群及巷道复合支护研究与应用”项目研究。以确保矿井的顺利、安全、有效地施工和建设。
以下为现场采集的岩石试样照片。


二、国内外研究现状
(一)国内深井峒室群围岩控制研究现状
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,如唐口煤矿、梁宝寺煤矿、龙固煤矿、彭庄煤矿、郭屯煤矿、赵楼煤矿在峒室群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群的支护难题,其中以锚注为主。锚注虽然是一种处理变形破坏巷道的一种有效方法,但是它一种被动解决问题的方法,是原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。
滕东省建煤矿,主井井筒深度921m,副井井筒深度949m,主副井井壁均采用素混凝土。井筒施工至700左右时,滕东煤矿与山东科技大学资环学院合作,采用高强预应力锚杆、锚索主动预加固井壁围岩,在井底峒室群施工过程也同样采用了高强预应力锚杆+锚索+金属网+钢带(钢筋梯)+喷射混凝土等复合支护技术,取得了显著的支护效果,现首采面回采巷道已经开始施工,所有峒室和巷道达到了预期的支护效果,巷道维修率不到2%。
霄云煤矿附近的李堂煤矿井深较霄云煤矿浅300m,但是其相对煤系地层的深度要大,在井底峒室群施工的初期,采用的传统支护参数和传统的支护材料,但其支护效果不理想,造成局部峒室变形开裂。此后,李堂煤矿与山东科技大学合作,对现有的支护系统和方法进行研究和改进,在提高单体锚杆强度、增加锚杆安装应力、扩大锚杆间排距的情况下,大幅度提高了峒室及巷道的支护效果,确保了矿井的快速安全建设。
(二)国外锚杆支护研究现状
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、水力账管式锚杆,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