岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 469-478.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1951

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究

刘学伟1，刘泉声2，汪志强1，刘滨1，康永水1，王传兵3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点实验室，湖北 武汉 430072；3. 淮南矿业（集团）有限责任公司，安徽 淮南 232001
  • 收稿日期:2020-12-30 修回日期:2022-03-30 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-15
  • 通讯作者: 刘泉声，男，1962年生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail: liuqs@whu.edu.cn E-mail:liuxw@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:刘学伟，男，1987年生，博士，副研究员，主要从事深部软岩大变形失稳过程理论、数值方法与控制技术方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目（No.41807249，No.51774267）；湖北省自然科学基金资助（No.2019CFB535）。

Step by step and combined supporting technique with steel grid frame for soft and fractured rock roadway

LIU Xue-wei1, LIU Quan-sheng2, WANG Zhi-qiang1, LIU Bin1, KANG Yong-shui1, WANG Chuan-bing3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. Key Laboratory of Safety for Geotechnical and Structural Engineering of Hubei Province, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 3. Huainan Mining (Group) Co. Ltd., Huainan, Anhui 232001, China
  • Received:2020-12-30 Revised:2022-03-30 Online:2022-06-30 Published:2022-07-15
  • Supported by:
    This work was supported by the Nation Natural Science Foundation of China(41807249, 51774267), the Natural Science Foundation of Hubei Province(2019CFB535).

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摘要： 针对煤矿深井软岩巷道大变形灾害频发难题，以淮南矿区潘三矿软岩大变形巷道为工程背景，在系统分析围岩失稳破坏大变形原因的基础上，提出了深部软弱破碎巷道基于格栅拱架的分步联合支护技术，包括：格栅支架+一次锚杆锚索、初喷、浅孔注浆、预应力锚杆、复喷150 mm厚混凝土、深孔注浆和帮顶预应力锚索。进一步，分析了格栅拱架支护控制原理，并采用FLAC3D确定了基于格栅拱架的分步联合技术的最优支护参数。现场对比分析表明，格栅拱架支护围岩初期变形速率及最终收敛变形量均大于型钢支护，但加设二次支护之后格栅拱架位移能较快收敛，此外，格栅支护在经济和效率方面优于钢拱架支护。最后，通过现场监测，格栅拱架分步联合技术各工序的最优施工周期为：预应力锚杆、锚索合理的支护时间是注浆后10 d内，而深孔注浆之后预应力锚杆2周内较优。实践表明，基于格栅拱架的分步联合控制技术深井是软岩巷道围岩控制的一条有效途径。

关键词: 岩石力学, 深部开采, 软岩巷道, 格栅拱架, 支护技术

Abstract: Aiming at the difficult problems of the large deformation in deep and soft rock roadways, the reasons of large deformation are first analyzed for roadways in Panshan coal mine, Huainan, China. On this basis, step by step and combined supporting technique with steel grid frame for soft and fractured rock roadway, including steel grid + primary bolt and cable, initial shotcrete, shallow grouting, pre-stressed bolts, further shotcrete with thickness of 150 mm, deep grouting, and pre-stressed cables, was proposed for deep weak and fractured rock roadway. Furthermore, the control principle of grid arch support is analyzed, and the optimal support parameters (diameter of steel is 20 mm and space between frames is 700 mm) are determined by FLAC3D. The comparative analysis shows that both of the initial deformation rate and final convergence deformation of the steel grid technique are larger than that of the steel support, however, the roadway deformation can quickly converge after the addition of the secondary support was applied. The monitoring results showed that the reasonable period for applying pre-stressed bolt/cable is after about 10 days of shallow/deep grouting. The time between pre-stressed bolt and deep grouting that is set as 2 weeks will be better. Therefore, step by step and combined supporting technique with steel grid frame proposed here can provide an effective method for the soft rock roadway control in deep and soft coal mines.

Key words: rock mechanics, deep mining, soft rock roadway, steel grid frame, supporting technique

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