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1、注：考生属哪种类别请划“”（博士、在校硕士、工程硕士、师资硕士、同等学力、研究生班）辽宁工程技术大学研 究 生 考 试 试 卷考试时间： 2011 年 6 月 28 日考试科目： 井巷工程考生姓名： 丁川评 卷 人：考试分数：注 意 事 项1、考前研究生将上述项目填写清楚2、字迹要清楚，保持卷面清洁3、试题、试卷一齐交监考老师4、教师将试题、试卷、成绩单，一起送研究生学院；专业课报所在院、系井采建设方面的若干问题丁川1摘 要：本文以伊泰酸刺沟煤矿为背景，介绍了我国煤矿建设的施工技术水平及在建设过程中的一些问题。并对巷道支护技术及支护材料的使用做了相关说明。着重论述了我国软岩巷道支护技术及其维护
2、方法。关健词：巷道支护技术；锚杆支护；巷道支护材料；软岩巷道Some problems in the construction of underground miningDing-chuanAbstract: In this paper,Suan Cigou coal mine as the background,describes the construction of Chinas coal mines and construction skills in the process of building some of the problems. And soft rock roadway
3、 materials and technologies related to the use and development set out to do.Key words: roadway technology; rock bolting; roadway materials; soft rock roadway1 煤矿建设过程存在的一些问题1.1 矿井建设项目管理存在缺陷由于一个矿建企业可能同时有多个项目，项目远离公司总部，这种远离使得现场安全管理的责任，或者说能够有效进行安全管理的角色，更多的由项目组织来承担。受项目的临时性、不稳定性因素影响，企业的安全管理制度和措施往往难以在项目得到充
4、分的落实。同时，矿井建设项目安全管理涉及施工单位、建设单位、监理单位、监察单位等多家参与主体，容易造成安全责任缺失或者不明确。1.2 矿建工程存在分包，甚至非法转包等行为同一般工业与民用建筑工程项目一样，矿井建设项目程也存在分包或专业承包的情况，有的矿建项目被违规转包分包，造成工程质量、进度难以保证，尤其安全管理流于形式，无人负责，总承包企业没有建立和落实各分包或专业承包企业的安全责任制度，“以包代管”，推卸现场的安全管理责任，造成安全事故频发。1.3 矿井建设项目施工作业的非标准化矿建工人散布工地从事多个工位和任务的工作，现场分布在全国各地，项目施工条件、现场作业、工作环境复杂多变，矿建企业
5、很难规范所有项目的工人操作行为，难以落实标准作业技术规定，这就增加了矿井建设项目安全生产的难度。1.4 矿井建设项目技术管理人员匮乏煤矿事故频发给社会公众留下巨大阴影，同时受煤炭行业工资收入低、福利待遇差、工作和生活条件艰苦、安全状况不好等原因的影响，矿建专业的学生对进入煤炭行业存在排斥感，使得矿井建设专业无人报考，或学生毕业后转到工业与民用建筑行业发展，如中国矿业大学2005年煤矿主体专业的毕业生去煤炭行业工作的比例仅为17.2，这个数字在各煤炭高校中还算是比较高的。部分学校甚至取消了矿建专业，矿建技术人才匮乏又增加了矿井建设项目的安全管理难度。1.5 矿井建设工人工作的随意性强综合素质较低
6、工作环境的变化、管理的目标导向以及作业的非标准化，使得矿井建设工人在工作中相比于一般建筑的劳动者有更大的随意性，即事故预防更多地依赖对工人的管理和安全培训。建筑业大多数的工人来自相对经济欠发达或落后地区的农村，矿建工人也不例外，工人文化程度较其社会他行业都低，安全素质较差，安全观念淡薄。矿建企业开展培训工作难度较大，矿建熟练工人的流失又使企业陷于两难境地，降低了培训的意愿。1.6 矿井建设项目安全设施投入不足受矿井建设周期的影响，矿建企业多年来任务不足，收入下降，生存压力大，对安全设施的投入很少，没有机会利用高分辨率三维数字地震技术、巷道掘进超前综合物探技术、瓦斯监控设备等高新技术。在矿井施工
7、过程中，作业工人很难避免突水、断层、冒顶、瓦斯突出等突发性危险。2锚杆的作用锚杆支护机理目前提出的观点很多，有悬吊作用、组合梁(拱)作用、加固(提高C，值)作用等。这几种观点都是以围岩状态和利用锚杆杆体受拉为前提来解释锚杆支护的作用机理。因此，围岩状态及锚杆受拉这两个前提的客观性是判定上述这些理论正确的标准。2.1锚杆的悬吊作用在缓倾斜煤层中，锚杆将下部不稳定的岩层(直接顶或块状结构中不稳定的岩块)悬吊在上部稳固的岩层上，阻上岩层或岩块的垮落。锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，并据此设计锚杆支护参数。这一理论提出的较早，满足其前提条件时，有一定的实用价值。但是大量的工程实践证明，即使巷道上部
8、没有稳固的岩层，锚杆亦能发挥支护作用。例如，在全煤巷道中，锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的，说明这一理论有局限性。2.2 锚杆的组合梁作用为了解决悬吊理论的局限性，在层状地层中提出了组合梁理论。它认为在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，可利用锚杆的拉力将层状地层组合起来, 形成组合梁结构进行支护。组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁(板)的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力。同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固岩层便可看成组合梁，全部锚固层能共同变形，顶板岩层抗弯刚度大大提高。决定纽合粱稳定性的主要因素
9、是锚杆的预拉应力、杆体强度和岩层性质。2.3锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁(板)，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于增加了支点，从而减小了顶板的跨度，使顶板岩层的弯曲应力和挠度得到降低，维持了顶板稳定。这就是锚杆的减跨作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用，但它同样未能提供用于锚杆支护参数设计的方法。2.4 弹塑性理论锚杆支护作用机理弹塑性理论在对围岩状态作了正确分析后，对锚杆支护的作用机理提出了两个不同的观点：(1) 利用锚杆提供足够的支护抗力，加固围岩提高其承载能力、减小其变形量，并且用实验室相似模拟试验证实通过锚杆锚固可使围岩的抗压强度峰值提高
10、50% 1005% 相对于无锚杆情况)，同时，据此用莫尔理论抗剪强度包络线解释，可以使围岩不产生破碎带，或者说限制围岩弹塑性变形的发展，从而使围岩处于稳定的弹塑性状态。(2) 锚杆的抗拉力主要用来支撑平衡破碎带内岩石的重量。这两种观点存在着以下两个实际问题有待阐明：对前一种观点来讲，由于现有支护(包括锚杆支护)的不及时性和支护手段与围岩的不密贴程度决定了支护抗力不可能有效阻止和限制围岩破碎带的产生和发展；对后一种观点来讲，锚杆支护的主要对象不是破碎带内岩石的重量， 而是破碎带发展、产生过程中的碎胀变形力。综上所述，虽然锚杆支护经过长时间大量的应用，但锚杆支护理论的研究还很不充分，锚杆支护参数的
11、确定仍然采用工程类此法，上述一些观点设计的锚杆支护参数只是作为参考。此外，近年来对锚杆的作用机理还提出了悬吊环理论、最大水平主应力理论等，但这些理论目前尚在研究和发展过程中。3 巷道支护技术及支护材料为了保证巷道围岩的稳定，防止出现围岩垮落或产生过大变形，无法满足正常的生产和安全要求，巷道掘进后一般都要立即进行支护。3.1 巷道支护的种类从目前各类支护形式及支护效果上来看，巷道支护主要可分为三种类型：第一类为被动支护形式，包括木棚支架、钢筋混凝土支架、金属型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等；第二类是以各类普通锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积极支护形式包括锚喷支护、锚网支护等；第
12、三类是以高强预应力锚杆和注浆加固为主的积极主动加固形式，如锚柱支护等，能明显改善破裂岩体力学特性，支护结构整体性好，承载能力高，支护效果好。3.2 巷道支护材料（1）水泥，水泥种类很多，按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥为土木工程一般用途的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等五大水泥。专用水泥指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。而特性水泥则是某种性能比较突出的一类水泥，如抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥等。（2）混凝土，普通混凝土是由水泥、砂、石和水按适当比例配合、搅拌而成搅拌物，经过一段时间硬化而成的人造石料，为改善混凝土的某些性能，
13、还常加入适量的外加剂和掺合料。（3）钢材，钢材作为支护材料，具有强度大，可支撑较大地压，使用时间长，可多次复用，安装容易，耐火性强，必要时也可制成可缩性结构。（4）其他材料，其中包括木材、石材、石膏、石灰、水玻璃。这些材料的使用都是基于矿井建设过程中需求而定。4 我国软岩巷道支护技术及其维护方法在松软岩层中施工巷道，采用常规的施工方法和支护形式、支护结构，往往不能奏效。最主要的是必须根据岩层性质和地压显现特点选择合理的支护方式、支护结构，正确选择巷道位置和断面形状，同时加强巷道底板的管理，采用合理的掘进破岩工艺以及对围岩进行量测监控等。4.1软岩工程支护的主要形式（1）整体刚性支护主要包括全封
14、闭钢支架支护、整体预制模板支护、现浇封闭钢筋混凝土支护等。事实上，随支护刚度增大,围岩压力随之增加；虽然支护承载力增加,但支护载荷并未降低，支护的变形和破坏状况没有得到改善。因此，整体刚性支护不能很好解决巷道围岩与支护间的矛盾，在刚度和强度上不能与大变形、大地压的软岩巷道围岩相协调；带来的是巷道断面加大、掘进速度降低和支护成本增加等问题。（2）刚性支护加柔体垫层支护主要有圆料砌碹加可缩层和条带碹等形式。该方式为井巷围岩提供一定支护强度，并有一定可缩性。但由于砌体本身刚度较大，允许变形小，对软岩巷道围岩的大变形不适应；同时，该方式施工速度慢，工人劳动强度高。（3）U型钢可缩性支架支护U型钢可缩性
15、支架支护是根据软岩膨胀性的特点而设计。该法主要用于膨胀性岩层及断层破碎带支护。这种支架不仅有可缩性，而且有较高的初承力和支撑能力；作用在支架上的压力与围岩的移近量成反比关系，也就是说在一定条件下支架可缩后，支架上的荷载减小而且还会有调整和得到改善。但是,在使用过程中，U型钢可缩性支架的支撑能力经常得不到充分发挥。其主要原因在于：巷道掘进和支护工艺都不可避免地在支架背后形成不同尺寸的空穴，使支架的周边与巷道围岩出现不规则的点、线接触。围岩变形时，支架受到集中荷载和偏心荷载的作用而产生失稳变形，支架受力状况恶化，使支架出现压弯、扭曲等变形而失效；而且随支架支护阻力要求的提高；钢支架的质量越来越大，钢材用量大，支护成本高。（4）锚喷支护对于软岩巷道的支护，锚杆及其联合支护被认为是一种合理有效的方式。人们习惯将锚杆支护称为主动支护，其实并不是所有的锚杆支护都属于主动支护。主动支护与被动支护的区别并不在于支护类型，而在于支护体能否主动给围岩以预紧力。安装锚杆时,给锚杆施加足够的预应力，不仅可消除锚杆构件的初始滑移量，而且可为围岩提供一定预紧力，以降低围岩受拉截面的拉应力。4.2 软岩巷道的维护（1）主动支护，如锚网喷支护、锚梁网喷支护、锚注加固、锚梁网加锚索联合支护。（2）被动支护，如木棚支护、工字钢棚支护、U型钢棚支护、碹体支护。5 结论（1）施工方案
