Hasta 1993, cuando se construyó la mina de carbón Jinpushan, el túnel de carbón y el soporte del túnel mitad carbón y roca habían estado utilizando métodos de soporte tradicionales. De 1994 a 1998, el túnel No. 9 de carbón y mitad carbón y roca. Se utilizaron soportes de cobertizo trapezoidales de vigas en forma de I para túneles y se utilizaron soportes para juntas de "anclaje superior (anclaje de junta de acero) y pared lateral (pared de material de piedra)". Desde 1998, el soporte conjunto de "anclaje superior (anclaje de resina) y anclaje lateral (anclaje de resina con tira de acero W)" se ha utilizado en el frente de trabajo de explosión ligera de carbón No. 9. En 2003, en la carretera de minería de carbón No. 9. cara de trabajo de excavación integral Se adopta el soporte conjunto del "anclaje superior (cable de anclaje de hormigón con anclaje de resina) y el anclaje lateral (ancla de resina)". Con la continua promoción y profundización de la tecnología de soporte de pernos, también se ha mejorado la tecnología de monitoreo subterráneo.
1 Tecnología de soporte de anclaje para túneles de roca semicocarbón
1.1 El mecanismo de acción del soporte de anclaje
A través de análisis teóricos y pruebas subterráneas, se encontró que el soporte de anclaje La esencia de la protección es hacer que el cuerpo de soporte del anclaje (incluidos anclajes, vigas, malla metálica y cables de anclaje) y la roca circundante formen una estructura portante a través del efecto de restricción, a fin de mejorar la capacidad de carga del La propia roca circundante, especialmente en Después de que se produce la falla plástica de la roca circundante, la resistencia residual de la roca circundante se puede mejorar en gran medida para garantizar el uso seguro del túnel.
1.2 Método de diseño de soporte de pernos para medio túnel de carbón y roca
El método de diseño de soporte de pernos para medio túnel de carbón y roca en la mina de carbón Jinpushan es un método completamente nuevo basado en métodos subterráneos. Método de diseño de información dinámica de datos geomecánicos medidos. Este método de diseño de información dinámica tiene dos características principales: primero, el diseño no se completa de una vez, sino un proceso dinámico; segundo, el diseño hace uso completo de la información proporcionada en cada proceso; El método de diseño de información dinámica incluye cinco partes, a saber: investigación del punto de prueba y evaluación geomecánica, diseño inicial, monitoreo subterráneo integral, retroalimentación de información y diseño revisado, y monitoreo diario. Entre ellos, la investigación del punto de prueba incluye tensión in situ, resistencia de la roca circundante, estructura de la roca circundante y pruebas de rendimiento del anclaje, etc. Luego, sobre esta base, se realiza una evaluación geomecánica para proporcionar parámetros de diseño confiables para el diseño inicial. El diseño inicial se basa en métodos de cálculo numérico, combinados con métodos analíticos y métodos empíricos, para determinar un diseño inicial más razonable basado en los parámetros de la roca circundante y los datos medidos existentes. Finalmente, se implementó el diseño inicial para el soporte del túnel subterráneo de semicocarbón, se llevó a cabo un monitoreo detallado del desplazamiento de las rocas circundantes y la tensión del anclaje, y el diseño inicial se verificó o modificó con base en los resultados del monitoreo. Después de la construcción normal, se debe realizar un seguimiento diario para garantizar la seguridad del túnel. En resumen, el método de diseño de información dinámica es un proceso de mejora dinámica, controlable y gradual, que está en línea con las condiciones naturales complejas y cambiantes de las minas de carbón, y es un método de diseño avanzado y práctico.
1.2.1 Prueba de geomecánica de la roca circundante del túnel
Uso del sistema de prueba rápida de geomecánica de la roca circundante del túnel desarrollado por el Instituto de Investigación Minera de Beijing del Instituto General de Investigación de Ciencias del Carbón para realizar geoestrés subterráneo Mediciones Determinación de la resistencia de la roca circundante en túneles.
1.2.1.1 Prueba de tensión del suelo
La prueba de tensión del suelo adopta el método de medición de fractura hidráulica y el instrumento de medición es el dispositivo de medición de tensión de fractura hidráulica SYY-56. Mediante perforaciones de pequeño diámetro (56 mm) y una profundidad de medición máxima de 30 m, se pueden realizar mediciones subterráneas de geoestrés de forma rápida y en grandes áreas. El mismo pozo también se puede utilizar para medir la resistencia de la roca que rodea el túnel. El instrumento consta de un separador, un dispositivo de impresión, un posicionador, una bomba manual, una bomba de aceite a prueba de explosiones y un registrador.
1.2.1.2 Prueba de resistencia de la roca circundante del túnel
El dispositivo de prueba de resistencia de la roca circundante WQCZ-II se utiliza para realizar pruebas subterráneas de resistencia de la roca circundante. El dispositivo consta de un instrumento de medición de la resistencia de la roca circundante, una sonda, una bomba manual, una tubería de alta presión, una varilla de extensión y otros componentes. El diámetro de la sonda es de 56 mm y la profundidad de medición es de 30 m, lo que es muy adecuado para mediciones rápidas en el fondo del pozo. La resistencia del macizo rocoso se mide durante la perforación de la roca circundante del túnel subterráneo. El pistón de la sonda se mueve impulsado por aceite a alta presión, lo que hace que el pasador eyector del extremo presione contra la pared del pozo. Con base en la presión crítica a la que el pasador eyector rompe la pared del pozo, la resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso en ese punto se puede obtener mediante cálculos simples. Para medir la resistencia a la compresión de la formación rocosa a lo largo del pozo, se toma un perfil de monitoreo de fondo de prueba cada 200 mm a 300 mm.
La prueba de resistencia de la roca circundante y la medición de la tensión del terreno se llevan a cabo simultáneamente. Se instalan cuatro estaciones de medición y los resultados de las pruebas se agregan a las tablas correspondientes para proporcionar los parámetros de cálculo teóricos para el diseño inicial.
1.2.2 Monitoreo integral subterráneo
El monitoreo integral subterráneo es una parte importante de la tecnología de soporte de pernos del túnel de carbón y del túnel de semicocarbón. Después de que el diseño inicial del soporte del anclaje se implemente bajo tierra, se monitoreará de manera integral el estado de deformación de la roca circundante, la distribución de tensiones y el tamaño del anclaje (cable) para obtener la información de desplazamiento y tensión del soporte. cuerpo y roca circundante, para juzgar el anclaje la racionalidad y confiabilidad del diseño de soporte inicial, y la estabilidad y seguridad de la roca circundante del túnel. Luego, basándose en la información de seguimiento, se modifica el diseño inicial para hacerlo gradualmente más razonable. De acuerdo con las condiciones específicas del túnel de roca semicocarbón de la mina de carbón Jinpushan, se determina el contenido de monitoreo integral del soporte de pernos.
(1) Utilice el método del punto transversal para instalar la sección de monitoreo de desplazamiento de la superficie, taladre agujeros en dirección vertical en el medio del techo y la placa inferior y en los dos lados en dirección horizontal, hinque pilotes de madera. y medir las uñas. Generalmente, en cada estación de medición se disponen dos secciones de seguimiento, con un intervalo axial de 0,6 ma 1,0 m a lo largo del túnel.
(2) Utilice el indicador de separación del techo para probar los valores de desplazamiento dentro y fuera del rango de anclaje de la capa de roca del techo. La cabeza de anclaje del punto de base profundo del indicador de la capa de separación debe fijarse en la formación rocosa estable, y el punto de base poco profundo debe fijarse en el extremo de la varilla de anclaje. El indicador de delaminación del techo debe instalarse lo más cerca posible de la superficie de trabajo para detectar todo el proceso de delaminación del techo.
(3) Hay dos formas de monitoreo de la fuerza de la varilla de anclaje (cable): una es un dinamómetro de varilla de anclaje que mide la resistencia de trabajo de la varilla de anclaje (cable) del extremo y la otra es una varilla de anclaje Dinamómetro que mide la longitud de la varilla de anclaje (cable), distribución de fuerza de anclaje de longitud completa del anclaje de medición de fuerza.
Existen muchos tipos de dinamómetros de anclaje, como por ejemplo el dinamómetro de anclaje tipo KS, que está compuesto por una almohada de presión de aceite transmisora de fuerza y un sensor de presión de cuerda vibrante. El instrumento receptor es un KSE-1. medidor de frecuencia de minería; el dinamómetro de anclaje CH90A es un dinamómetro de calibre de tensión de resistencia, que puede calcular la fuerza del anclaje midiendo la tensión; el dinamómetro de anclaje (cable) YGS-200/300 adopta un tipo hidráulico y no requiere lectura directa de la carga. En la mina de carbón Jinpushan, este instrumento se utiliza para medir la tensión de los pernos de anclaje de los extremos. Este instrumento de medición es un instrumento de medición especial para la fuerza de anclajes de túneles subterráneos intrínsecamente seguros. Este instrumento de medición incluye principalmente anclajes de medición de fuerza, galgas extensométricas de resistencia estática e interruptores de transferencia. Cuando está en uso, se instala en la posición de diseño del anclaje ordinario (que debe medirse) y, al medir los valores de deformación de diferentes partes del anclaje, se determina que la fuerza sobre el anclaje es mayor.
1.2.3 Retroalimentación de información y Modificación del diseño inicial
1.2.3.1 Determinación de indicadores de retroalimentación de información
Dado que existe una gran cantidad de datos de mediciones subterráneas, Es necesario seleccionar aldehídos entre los numerosos datos para modificar y ajustar los indicadores de información de retroalimentación del diseño inicial. Los indicadores deben ser simples y fáciles de medir, y deben ser datos clave que afecten a los parámetros de apoyo. Para ello, basándose en la geología y las condiciones de producción del túnel de la montaña Jinpu, se seleccionaron cinco indicadores a partir de tres aspectos: el valor de separación del techo, el movimiento relativo de las dos bandas y la tensión de la varilla de anclaje. Entre ellos, el valor de desprendimiento del techo incluye 2 valores de desprendimiento del techo dentro y fuera del área de anclaje. Se utilizan dos indicadores para la tensión de la varilla del anclaje, uno para el anclaje de longitud completa y otro para el anclaje del extremo. Los datos del indicador de información de retroalimentación deben determinarse con precisión porque es un indicador importante relacionado con la seguridad y la economía del soporte del anclaje del túnel.
1.2.3.2 Criterios para revisar el diseño inicial
Al comparar los datos medidos subterráneos con los indicadores de retroalimentación de información, se puede juzgar la racionalidad del diseño de soporte inicial y el diseño inicial. Se puede revisar el diseño si es necesario. De acuerdo con las condiciones del túnel de semicocarbón y roca en la mina de carbón Jinpushan, se determinan los criterios para modificar el diseño inicial.
(1) No se modificará el diseño inicial. Si los valores medidos reales son menores que el valor del índice de retroalimentación, el diseño inicial no se modificará.
(2) Es necesario modificar el diseño inicial. Si uno o más de los valores medidos son mayores que el valor del índice de retroalimentación, es necesario modificar el diseño inicial. Primero, si el valor de la capa de separación en el área de anclaje es mayor que el valor del índice de retroalimentación, agregue una varilla de anclaje a cada fila o reduzca el espacio entre filas en 100 mm. En segundo lugar, si la fuerza sobre la varilla de anclaje es mayor que el valor del índice de retroalimentación, aumente el diámetro de la varilla de anclaje en 2 mm. Si el diámetro supera los 22 mm, cambie a un material más resistente.
En tercer lugar, si el valor de la capa de separación exterior del área de anclaje es mayor que el valor del índice de retroalimentación de información, aumente la longitud del anclaje del techo en 200 mm; si la longitud del anclaje es superior a 2,4 m, aumente la densidad del cable de anclaje y reduzca la densidad del cable de anclaje. Espaciado entre hileras de los anclajes. Cuarto, si la distancia entre las dos bandas es mayor que el valor del índice de retroalimentación, aumente la longitud de las varillas de anclaje en 200 mm; si la longitud de las varillas de anclaje es superior a 2 m, agregue 1 varilla de anclaje a cada fila o reduzca; la distancia entre hileras en 100 mm. Después de que el diseño de soporte modificado se implemente bajo tierra, el monitoreo en el sitio continuará para evaluar el efecto de soporte y la seguridad del túnel.
1.2.4 Monitoreo diario
Después de la construcción normal del soporte de anclaje, se debe realizar un monitoreo diario para garantizar el estado de seguridad de la calzada. El seguimiento diario incluye tres partes.
(1) Inspección por muestreo de la resistencia del anclaje del perno de anclaje. Durante el proceso de construcción de la excavación del túnel, asignar personal especial para realizar controles aleatorios de la resistencia de anclaje de los pernos de anclaje en una proporción no menor al 10% y en intervalos no mayores a 2 días. Durante la inspección aleatoria, solo se realiza un dibujo no destructivo y el dibujo se detiene después de alcanzar el valor especificado.
(2) Monitorización de la capa de separación de cubierta. Además de un control exhaustivo, el indicador de la capa de separación del tejado también se utiliza para el control diario. En el túnel se instala un indicador de techo cada 25 a 30 m. Observe el valor de separación del techo a 30 m de la superficie de trabajo de excavación. Más allá de los 30 m, a menos que la capa de separación esté suelta y todavía tenga una tendencia de crecimiento obvia, generalmente se puede dejar de leer los datos específicos y observar los colores de los dos colgantes de escala. El monitor de turno y los técnicos de turno son responsables de la observación, y el resto del personal también debe prestar atención a la observación en cualquier momento para detectar fenómenos anormales lo antes posible y garantizar la seguridad.
(3) Detección del par de preapriete de la varilla del anclaje. Durante el proceso de construcción de excavación del túnel, haga arreglos para que una persona dedicada pruebe aleatoriamente la fuerza de preapriete de la tuerca de anclaje con una llave indicadora de torque en una proporción no menor al 30 % y en un intervalo de tiempo no mayor a 1 día una vez que alcance el valor especificado. valor, está calificado.
1.3 Materiales de soporte de anclaje e instrumentos de monitoreo para túneles de roca semicocarbón
Los materiales de soporte de anclaje incluyen varillas de anclaje, agentes de anclaje, paletas, tuercas, vigas de acero y anclajes metálicos Suo et al. . En los últimos años, el uso de materiales de anclaje de alta resistencia y rigidez se ha convertido en la principal forma de soporte de anclaje para túneles de carbón, semicocarbón y roca. Desempeña un papel importante para garantizar el estado de seguridad de la carretera, mejorar la confiabilidad del soporte y la velocidad de construcción del soporte, y acelerar el rápido avance de la minería del carbón.
En términos de monitoreo de presión de mina, se compraron y utilizaron en la tecnología de soporte de anclajes el indicador de capa de separación de techo LBY, el dinamómetro de anclaje (cable) YGS, el ancla de medición de fuerza CM-200 y otros instrumentos.
2 Software de monitoreo de presión de mina de soporte de pernos de túnel de roca y carbón de mina de carbón Jinpushan
Para reducir la carga de trabajo del personal técnico y de ingeniería, se compiló el software LAMD para permitir al personal técnico procese con prontitud una gran cantidad de datos de monitoreo de presión de la mina, juzgue la racionalidad del diseño inicial y realice modificaciones cuando sea necesario.
2.1 Composición del software
Sistema de base de datos: entrada, almacenamiento y salida de datos de monitoreo de presión de mina que deben procesarse. Sistema de dibujo: dibuje varias curvas de monitoreo de presión de mina basadas en los datos de monitoreo de presión de mina proporcionados por la base de datos. Sistema de juicio: Juzgar la racionalidad del diseño inicial del soporte de anclaje.
2.2 Funciones del sistema
Las funciones principales proporcionadas por el sistema incluyen: procesamiento del desplazamiento de la superficie del túnel, delaminación del techo del túnel, medición de la carga del anclaje en toda su longitud y datos de observación del anclaje del anclaje final. , analizar los resultados del procesamiento de datos y representar visualmente los resultados de la observación en forma gráfica; verificar el diseño inicial de acuerdo con los resultados de la observación y hacer varias sugerencias para modificar el diseño inicial cuando el diseño inicial no cumple con los requisitos.
3 Aplicación de soporte de pernos en medio túnel de carbón y roca y perspectiva de soporte de pernos
3.1 Aplicación de soporte de pernos en medio túnel de carbón y roca
Montaña Jinpu El soporte de anclaje de túnel de roca de medio carbón se usa ampliamente en túneles de áreas mineras, como el túnel de aire de retorno 901, el túnel de cinturón 903, el túnel de aire de retorno 903, el túnel de aire de retorno 902 y los túneles de minería de área minera 901.
3.2 Perspectivas para el soporte de anclaje
Promoverlo aún más en el túnel de minería de carbón 3# y las cámaras de gran sección, y esforzarse por lograr el soporte de la red de anclaje de todos los túneles. Se realizarán pruebas de tensión adicionales in situ dentro de la mina para proporcionar información más detallada para el diseño inicial del soporte de pernos.
Optimice el tamaño de los pilares de carbón en túneles sostenidos por anclajes para mejorar la recuperación de recursos y al mismo tiempo garantizar la estabilidad del túnel. Desarrollar y desarrollar tecnología de excavación rápida y tecnología para túneles de carbón y túneles de semicocarbón para aumentar la velocidad de excavación del túnel para el soporte de anclaje.
4 Conclusión
(1) El monitoreo in situ es una parte importante de la tecnología de soporte de anclaje. Después de la implementación del soporte con pernos, se puede obtener al máximo la información sobre el desplazamiento y la tensión de varias rocas circundantes y cuerpos de soporte de la carretera. ¿Es una base necesaria para juzgar la estabilidad de la roca circundante de la carretera y verificar y modificar el diseño inicial?
(2) Después de implementar el soporte de anclaje bajo tierra, se debe llevar a cabo un monitoreo integral, incluido el desplazamiento de la superficie del túnel, la separación del techo y las condiciones de tensión del anclaje (cable).
(3) Después de la construcción normal del soporte de anclaje, se debe realizar un monitoreo diario a largo plazo, incluida una inspección aleatoria de la capa de separación del techo, la fuerza de anclaje del anclaje, etc., para garantizar la seguridad de la carretera.
(4) Con base en las condiciones del túnel de semicocarbón y roca de la mina de carbón Jinpushan, se determinaron 5 indicadores de retroalimentación de información y, con base en una gran cantidad de datos de monitoreo, los valores de los indicadores correspondientes. fueron dados. En aplicaciones futuras, siempre que los datos medidos se comparen con los valores del índice de retroalimentación, se puede juzgar si el diseño inicial es razonable y se puede dar el método de diseño correspondiente.
(5) La compilación del software de monitoreo de soporte de anclaje para túneles de roca semicocarbón en la mina de carbón Jinpushan ha mejorado la velocidad y precisión del procesamiento de datos de monitoreo, ha reducido la carga de trabajo del personal técnico y de ingeniería, y es muy importante para promover la mina La rutina y estandarización del monitoreo de presión es de gran importancia.