《工程技术》杂志社
杂志名称:工程技术
主管单位:科技部西南信息中心
主办单位:重庆维普资讯有限公司
出版周期:月刊
国内刊号;CN50-9203/TB
国际刊号:ISSN1671-5519
出版语言:中文
发行范围:全国公开发行
杂志开本:16开
出版地:重庆市
总编:车东林
总监:李红举
邮箱:gcjszzcom@163.com
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发布日期:2018-02-07高应力软岩支护关键技术浅析
详细内容
在我国目前已探明的资源中,约有50%的煤炭资源埋深超过千米,东北及中东部地区的多数矿井由于开采历史长,开采深度相对较大,逐渐进入深部开采阶段,预计在未来20年,许多煤矿开采深度将达到1000-1500m, 如现在新汶矿区生产五水平垂深已达到1380m。由此带来的高应力软岩问题也越来越突出【1】。深部矿区的地质构造、应力场特征、煤岩体的破碎性质与力学响应、岩层移动以及能量的积聚释放规律与浅部开采相比均发生了显著变化,深部矿井灾害的致灾机理、触发条件、演化规律及其显现特征均不同于浅部矿山。进入深部开拓阶段后,围岩体处于“三高一扰动”(高地应力、高渗透压力、高地温梯度和强烈采掘扰动)相互耦合的复杂地质力学环境中,非线性大变形动力现象尤为显著【2,3】。主要表现为巷道变形量大(顶沉、底膨等)、变形持续时间长、围岩软弱破碎,锚杆、锚索失效增多,巷道维护十分困难等。
1软岩支护理论研究现状
在煤矿支护领域,软岩巷道支护一直是世界性的难题,各国学者围绕软岩支护和蠕变机理展开了卓有成效的研究,最具代表性的是奥地利工程师L.V Rabcevicz提出的新奥法理论【4】,其核心是充分保护并发挥软岩巷道的自承载能力,随后M.D.Salamou等人提出的能量支护理论【5】又为该领域做了近一步的补充,我国软岩巷道支护起始于上世界50、60年代,并在80年代初期逐渐形成了软岩巷道的支护理论框架,目前我国提出了多种支护理论中,根据其实际应用的情况,归纳如下:
1) 平衡拱理论
平衡拱理论最先由普罗托耶科诺夫【6】首先提出,其核心思想是围岩支护应充分发挥围岩的自承载能力,又被称为普适理论。研究表明,巷道开挖后,上部垮落会成为拱形,称为冒落拱,这个拱并不会无限制的增大,最终会与巷道围岩稳定以后发展成平衡拱,这说明围岩本身就具有一定的承载能力,该理论的提出打破了被动支护围岩的思想。
2) 弹塑性理论
上世纪50年代初期,Fenner和Kasterner.H提出了以各自名字命名的力学方程,给圆形巷道应力破碎圈以及巷道支护提供了科学依据,该理论从围岩应力以及岩石强度出发,对围岩什么时候处于弹性什么时候处于塑性进行了研究,但该理论是建立在围岩均质、各向同性、无蠕变或者粘弹性变形的假设之上的,但实际围岩体恰恰是非均质和各向异性的,所以,在实际应用中,该理论的可信度极低。
3) 新奥法理论
奥地利学者RabcewicaL.v最早在隧道工程应用中提到该方法,后来逐步推广应用到了矿山巷道支护中,该理论的核心是在巷道施工工程中,充分利用围岩的自承载能力,在可控范围内允许围岩有一定的变形,然后选择合理的时间进行二次支护,通过现场监测,指导现场施工。
4) 联合支护理论
新奥法得到了专家学者的一致肯定,但是在软岩支护中,巷道不仅初期围岩变形量大,还具有持续的流变性质,单纯的新奥法不在适用,以新奥法为基础,满足先让后抗、柔让适度、稳定支护原则的锚网索联合支护理论被提出,该理论在软岩支护中得到了充分应用。
5) 锚喷—弧板支护理论