(完整word版)软岩支护指南
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矿建工程中特殊硐室的软岩支护技术发表时间:2018-11-05T18:33:33.763Z 来源:《防护工程》2018年第19期作者:纪占辉[导读] 本文主要阐述了针对矿建工程施工中特殊硐室软岩支护技术展开探讨,通过对处于膨胀型岩层和高应力中大型机电硐室的支护的研究黑龙江龙煤矿山建设有限公司黑龙江鸡西 158100 摘要:本文主要阐述了针对矿建工程施工中特殊硐室软岩支护技术展开探讨,通过对处于膨胀型岩层和高应力中大型机电硐室的支护的研究,利用基本的技术手段,论述了特殊硐室软岩支护技术在矿建工程中的应用所遵循的基本原则。
分析了特殊硐室初始设计环节存在的问题,介绍特殊硐室中的临时支护、永久支护以及二次支护等技术,研究特殊硐室软岩支护技术在矿建工程中的应用。
关键词:矿建工程;特殊硐室;软岩支护技术1.前言采矿项目建设过程中,特殊硐室往往都处于特殊环境下,设施功能也较为特殊,建设工作结束后通常无法进行返修。
鉴于此,在设计及施工期间就需要考虑到软岩结构可塑性及流变性问题,确保选择的支护方案合理,维持软岩稳固状态。
2.矿建工程中特殊硐室的软岩支护设计问题 2.1未深入分析特殊硐室软岩性能指标软岩存在多种变形力学机制,应充分考虑到软岩地压大、大变形以及难支护的特点,所以应采取综合治理方案,单纯依赖某种支护方案并不可取,也很难实现预期效果。
以往施工支护多以锚喷支护方式为主,长度通常都低于500m且远低于杆体长度,一旦受到外部强力影响则很难抵抗。
2.2围岩表面缺乏足够的约束能力在高应力膨胀软岩施工环境中,硐室泵房排水系统巷道往往需要遵循上下交错布置的原则,但容易受到外部爆破震动的影响,部分薄弱区域可出现变形,抵抗能力也随之减弱,甚至持续出现松脱、蠕变,导致破碎区形成,进而导致锚固围岩自承圈受到严重破坏。
2.3未合理选择断面大多数矿建工程的泵房和变电所断面形态均采用半圆拱形断面,因此浇筑混凝土支护底板时,混凝土体支护强度通常难以应对膨胀软岩应力释放强度,导致两侧围岩结构有很大几率出现蠕动变形。
煤矿软岩巷道控制原理与支护技术发表时间:2018-10-27T12:25:11.300Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第18期作者:余进学[导读] 软岩及其分类软岩亦称松软岩层,它是指“强度低、孔隙率大、胶结程度差。
盘州市安全生产监督管理局贵州盘县 553500摘要:本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析,概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征,并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题,最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究,具体包括软岩巷道支付的技术关键分析,最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。
关键词:软岩巷道支护技术控制原则软岩及其分类软岩亦称松软岩层,它是指“强度低、孔隙率大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量易膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层,且具有流变性和高地应力的特点。
软岩巷道在我国分布广泛,随着煤矿开采深度的不断增加,井下煤矿巷道将处于更高的地应力环境中,尤其在地质构造活动强烈的地区,井下巷道支护及稳定性更加难以保证。
1、软岩的基本概念及其分类1.1 软岩的基本概念在上世纪60-90年代初,软岩的概念在国内外一直争论不休,到90年代末期,提出了地质软岩和工程软岩的概念。
国际岩石力学学会将地质软岩定义为单轴抗压强度在0.5~25 MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。
而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。
工程岩体是软岩工程研究的主要对象,是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体组合特征,包括岩块、结构面及其空间组合特征。
工程软岩和地质软岩的关系是:当工程荷载相对于地质软岩的强度足够小时,围岩没有产生大的破坏区,地质软岩不产生软岩显著塑性变形力学特征,即不作为工程软岩。
只有产生大破坏区和显著变形才作为工程软岩。
在大深度、高应力作用下,部分地质硬岩(如泥质胶结砂岩等)也呈现了显著变形特征,则应视其为工程软岩。
1.2 软岩分类及基本物理与力学属性软岩仅是地质岩体中一部分,但却是地质介质中极为复杂的部分。
软岩巷道支护探索软岩巷道支护不但需要技术可行,而且要经济合理,本文主要对于软岩巷道的支护技术进行了探索,希望能够为软岩巷道支护设计提供有力参考。
标签:软岩;巷道;支护引言:长时间以来,软岩巷道一直是煤矿井巷工程中的一大难题,井深大、围岩软弱、破碎、松散、膨胀,特别是地压大的巷道。
对于应力高、膨胀强的节理化复合型软岩巷道顶板,比如炭质页岩、花斑状泥岩、炭质泥岩、软质凝灰岩、软质黏土岩等,如果使用一般的方式支护更加困难。
通常需要使用将多种手段联合起来,如高强预应力锚杆、喷射混凝土、注浆加固、U型棚钢支架等,才可以使巷道长期保持稳定。
一、软岩的定义软岩是指单轴抗压强度小于30MPa的岩石,指松散、软弱的岩层,它是相对十分坚硬岩层而言的,自身强度很低,它是一种复杂岩石力学介质,在某种特定环境下可以显著塑性变形。
二、软岩的基本属性软岩的10种基本属性为:(1)岩石强度低,单向抗压强度一般都在30~15MPa以下;(2)大多属粘聚力很弱的泥质胶结;(3)结构面发育,一般均属碎裂和散体结构;(4)岩石的空隙率大,通常都在15%以上;(5)含水率高,一般5%~10%以上,空隙率大和含水率高是软岩强度降低的重要原因;(6)吸水膨胀性强,这是含蒙脱石等粘土质矿物的主要属性;(7)软化系数大,软岩浸水后,强度降低程度遠大于一般岩石,软化系数在0.5以上;(8)对应力扰动极为敏感;(9)岩层流变性显着,掘巷和应力扰动引起的围岩变化量通常都高达数百、千毫米,围岩流变往往持续数年之久,流变速度达1mm/d左右;(10)抗震性能低,软岩巷道本身及附近爆破等都会引起围岩的显着变形。
软岩巷道维护是一项非常复杂的工作。
近年来,随着煤矿开采深度的不断增加,软岩巷道支护变得更加复杂。
在软岩中布置巷道十分不利,会给矿井安全生产带来一定的影响。
要想成功进行软岩巷道支护,应先了解软岩的基本性质。
三、软岩巷道围岩变性特征结合具体的工程实践,软岩巷道围岩变性特征主要有:第一,软岩巷道围岩变形存在显著的时间效应。
浅谈煤矿软岩巷道支护技术随着煤矿开采技术的成熟,开采深度的不断深化、开采规模的扩大,巷道损坏程度逐渐的扩大。
软岩巷道支护一直是巷道工程的一个疑难点。
软岩巷道的支护与使用维护优劣程度,直接影响到煤矿安全高效生产。
文章通过对软岩巷道的概念、支护原理、支护原则、支护类型、支护对策等方面进行论述。
标签:软岩巷道;支护;原理;原则1 软岩的基本概念软岩是在特定的环境下,塑性变形明显的岩体。
这种岩体多是泥岩、粉岩等。
软岩的特点可以用软、弱、松、散概括。
在煤矿巷道支护施工中,巷道围岩就是需要施工的岩体;工程力是指岩体上的重力、应力、水作用力、膨胀应力等。
软岩通常分:低强度高膨胀性软岩、高应力软岩、极破碎软岩、复合型软岩四类。
1.1 低强度高膨胀性软岩,围岩质地破碎、强度偏低、遇水变形,对施工中的震动耐受力差。
巷道围岩变形迅速,给支护带来很大困难。
由于软岩中的泥质成分和结构面确定了软岩的特征,导致软岩产生塑性变形。
软岩通常具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性、扰动性等特性。
1.2 我国煤矿开采深度逐年增加,使得一些矿井重力引起的垂直应力骤增,构造应力场错综复杂;在高应力条件下,扰动影响剧烈,围岩破坏程度加剧,涌现新裂纹致使煤岩体积扩大,扩容膨胀。
1.3 极破碎软岩巷道围岩内节理不同、裂隙等结构面,围岩支体破碎、稳定性差。
巷道掘进工作中可能发生冒顶和片帮,给支护作业带来诸多不便。
1.4 复合型软岩指上述3种软岩类型各种组合。
2 软岩巷道支护原理与支护原则2.1 支护原理软岩巷道支护的重点在于发掘自承能力。
支护原理:依据岩层特性,地压来源,运用科学设计方法,使支护体系和施工过程能够适应围岩变形的种种情况,从而达到控制围岩变形、维护巷道稳定的宗旨。
(1)改变思想,支护结构和强度和围岩自承能力相适应,与围岩变形及强度相结合,实践证明,单纯提高支护刚度的做法是难以达到预期效果;(2)适当卸压、加固与支护相结合的方法相辅相成,运筹帷幄,高应力区,需要卸力合理,对变形大的区域,要让度适量,支离破碎区域,进行整体加固;(3)对于围岩变形量测定,及时掌握围岩变形的活动状态,根据测定结果予以反馈,以确定二次支护结构的相关技术参数;(4)坚持综合治理、持续监控的支护思想。
煤矿深部软岩支护技术探讨随着煤炭工业的快速发展,煤炭开采深度也在不断增加,导致矿山地质环境变得越来越复杂和危险。
煤矿深部软岩支护技术是煤炭采掘安全和高效生产的关键。
本文将从软岩的定义、分类、成因以及软岩地质特征和软岩支护类型等方面探讨煤矿深部软岩支护技术。
软岩的定义、分类和成因软岩是矿山地质中的一种地质体,指在岩石力学性质、工程特征和建筑物能耐上介于岩石和土壤之间的一类岩体。
软岩的硬度一般不超过70Mpa,其特点是热敏性、湿敏性、易塌性和强变形性等。
常见的软岩有泥质岩、砂质岩、粉砂岩、灰岩和石膏等。
软岩的成因多种多样。
最为常见的原因是地质作用。
在地球上的各种作用下,部分矿区的岩石结构逐渐退化,出现软弱岩体。
此外,煤炭开采过程中,削弱了含煤层周围的矿体,导致软弱岩石的形成,从而产生软岩。
软岩地质特征软岩的地质特征表现为强变形性、易透水性、易冒顶、易产生岩爆事故等。
在软岩矿井中,地质压力常常会引起软岩体的岩层断裂和破碎,导致轻微或严重的地质灾害。
因此,软岩地质特征是进行煤矿深部软岩支护技术方案设计的必要依据。
软岩支护类型针对软岩的地质特征和危险,煤炭生产中采用了多种软岩支护技术,以保护工人的生命财产安全。
常见的软岩支护类型有如下几种:1. 锚杆支护技术在煤炭开采过程中,锚杆可以被用作绑扎煤岩或固化受引力影响的悬顶,而且在软岩支护中具有重要的作用。
锚杆支护技术的目的是通过锚杆来增加巷道承载力和刚度,提高巷道的稳定性和抗震性能,适用于钻孔后注浆的软岩巷道支护。
2. 预制钢筋网支护技术预制钢筋网支护是基于预制钢筋网的加固材料,与锚杆支护技术相比,钢筋网能够承受大的荷载。
在此基础上,预制钢筋网支护技术被用于煤矿深部软岩支护,可以有效地改善巷道的试采能力和稳定性。
3. 疏松填充体支护技术疏松填充体支护技术将大粒径的碎石、石英砂和水泥混合后灌浆进行支护,以达到提高巷道稳定性和减少运动荷载的目的。
此外,疏松填充体支护技术还可以作为巷道封堵材料,防止有害气体或水污染工作面。
浅谈地下工程软岩支护技术1 软岩支护机理软岩支护机构目前,国内外软岩巷道支护尚无良好的处理方法。
其中大部分是在巷道开挖并进行支护后进行挖掘和支撑,并且随着围岩和支撑体的变形,进行一次或多次修复直到巷道寿命结束。
这种传统的开挖- 支护- 破坏- 修复,再破坏再修复的方式和理念,不仅支护工作量大,耗时费力,成本高,而且安全性底、巷道环境状况差[1]。
根据软岩变形的基本特征和现场观测的巷道变形情况可以知道,在围岩应力作用下,软岩的应力状态和变形方式是复杂的,这也对巷道支护提出了更高的要求。
目前的巷道支护设计一般不允许围岩进入塑性状态,否则将降低其极限承载力。
因此,巷道开挖等引起的围岩应力状态变化,需要对围岩提供一定的支护和加固,以保证围岩具有足够的承载力。
由于不同的工程性质和不同地区软岩的应力状态,支护设计应充分考虑这种差异。
根据在不同的区域中的应力,相应的设计支持方案,提出了以提高支撑效果和降低支撑费[2]。
2 金属支架、砌碹支护技术这两种技术都是被动支护,它主要用于直接施加外力到巷道的周围岩石表面。
金属刚性支撑主要采用被动径向约束,以平衡围岩的变形压力,并减少围岩的变形。
该技术的优点是实现支护平衡,提高对软岩的适应性。
缺点是随开采深度的增加和围岩的大变形,大大增加了支护成本。
然而,有在支撑作用,这表明简单金属伸缩托架的刚度难以适应于较高的变形要求没有显著改善。
砌体技术主要使用水泥,砂浆,石材等材料形成封闭的载体,被动地承受软岩巷道围岩变形产生的压力。
该技术的优点在于它在周围岩石载荷下具有高强度和一定的承载能力。
缺点是在高应力和复杂的地质条件下,这是很难满足的巷道支护[2]。
3 锚杆喷联合支护技术锚喷联合支护技术这项技术在巷路表面上施加力,并与周围的岩石内部建立互动的双重功能。
常用的联合支持技术是锚喷支护。
巷道周围特定范围内的岩体直接作用于围岩表面,采用端锚、加长锚和全长锚与喷混凝土相结合的方式,它起到抑制杆体周围的岩体变形的作用。
矿建工程特殊硐室的软岩支护技术摘要:本文主要针对矿建工程特殊硐室的软岩支护展开分析,思考了矿建工程特殊硐室的软岩支护的具体方法和一些应用施工的原则,希望可以为今后的施工工作带来参考。
关键词:矿建工程;特殊硐室;软岩支护前言明确矿建工程特殊硐室的软岩支护的方法和具体的施工的支护原则,才能够提高矿建工程特殊硐室的软岩支护的效果,这是确保矿建工程特殊硐室的软岩施工顺利开展的必由之路。
1硐室的软岩支护概述在我公司开拓工程中,大断面硐室均采用锚梁网喷支护。
但从已经施工的大断面硐室情况来看,大多已被严重压坏,有的硐室已被数次压坏,并经数次重新修护。
但每次经重新修护后的硐室也只能保证一段时间的使用期后又发生变形破坏。
不但给施工带来的人力、物力造成巨大浪费,而且给矿井的安全生产带来极大的安全隐患。
随着向深部水平的延伸,巷道围岩条件越来越差,矿压显现愈加显著。
因此,普通的锚梁网喷支护大断面硐室已经越来越不能满足安全生产的需要。
2施工案例平岗煤矿东部采区绞车硐室是平岗煤矿东部井巷二期主要工程,它担负平岗煤矿东部二、三期巷道掘进及3#、6#、10#煤层开采辅助运输提升任务,该绞车硐室采用JBK-3×2.2绞车提升,东部采区各水平投产辅助运输均有该绞车来完成,是目前井下最大硐室。
该绞车硐室设计长度为14.10m,宽度为10.2m、高度为7.2m,荒断面为62.4m2。
硐室在泥岩中掘进,泥岩灰黑色,平坦状断口,含黄铁矿、菱铁矿结核,主要成分为泥质及其他陆降碎屑物质泥质胶结,f=2~3,岩石松软、破碎、膨胀且压力大,上部为煤层,煤层厚度约1m,根据勘探资料及已经施工的轨道大巷贯通巷(与绞车硐室同标高)施工资料分析,顶板砂岩水有可能通过节理、裂隙等导入掘进施工的硐室内。
在工程施工时,施工方案同样极其重要,它关乎工程的施工安全进程,质量检测以及进度等。
一旦施工前期工作准备就绪,施工硐室,首先按2-2断面施工配电硐室,掘进32.7m后,变1-1断面导硐施工通过绞车硐室3-3断面与轨道大巷交叉点贯通,然后二次挑顶刷大施工3-3断面绞车硐室,绞车硐室长度为14.10m,自然通风系统便可形成,同时对于测量贯通成果准确性起到了重要的作用,目的是达到设计的要求。
软岩巷道锚注支护技术王锁【摘要】Anchor is a common rock mass, internal sup-port form, easy and common support, learn from each other, playing to their respective advantages. Therefore, there are many joint support forms. The bolt grouting support is a good form of anchor injection and grouting joint. At present, the an-chor support has been widely used, especially in soft rocks and other unstable rock strata, which plays an irreplaceable role. Through the analysis of the mechanism of the bolt grouting, we can better anchor the bolt in practice. The important role of the bolt grouting support is found by the case of the anchor grouting support in the unstable rock tunnel.%锚杆是一种常见岩体内部支护形式,容易与普通支护联合,取长补短,发挥各自的优点。
因此,出现了许多联合支护形式,锚注支护就是锚喷和注浆联合的一种较好的支护形式。
目前,锚注支护已经得到了广泛的应用,特别是在软岩以及其他不稳定岩层中,发挥着不可替代的作用。
分析锚注支护的作用机理,可以更好地在实践中运用锚注支护。
软岩巷道支护方式的选择与应用摘要:根据宝泰隆煤矿地质构造复杂、岩石松软破碎、围岩遇水泥化等特点,选择不同劫掠形式,满足了支护要求,保证了巷道长期稳定及安全施工。
关键词:软岩巷道;支护形式;联合支护宝泰隆煤矿设计生产能力45万t/a,主井净直径φ4.5m,副井净直径φ5.0m,深571.5m,表土层厚458.5 m,冻结深度488m,基岩段55m。
地面标高+27.5m。
井底车场位于-480m水平。
岩性以粉砂岩为主,紫红色粉砂岩,夹灰绿色、参差状断口,夹薄层状、条带状、团块状泥岩,水平纹理及交错层理,裂隙较发育,被方解石、泥质充填,局部见泥质包裹体,强度很低。
由于巷道距表土层较近,且断层及次生断层较多,给掘进支护带来困难。
巷道掘进后,围岩变形快,矿压显现明显,流变性显著,岩石遇水泥化。
该矿通过与科研部门合作及施工实践,根据不同地质条件,采用了多种支护形式,满足了支护要求,收到了较好效果。
1 巷道支护方式选择-480m水平井底车场及相关巷道施工后,大部分出现不同程度的破坏现象,经过分析与研究确定,先对破坏段喷砼封闭,然后经过一段时间应力释放,同时进行矿压观测,根据观测的结果,进行优化二次支护方案,适时进行二次支护,收到较好的支护效果。
1.1 锚网喷支护。
锚网喷支护利用围岩自身的强度及改善围岩的性状,以达到围岩的稳定。
它是一种及时、柔性支护,能控制和适应围岩变形,使用范围广,应用效果好。
特点是及时封闭、防止风化、工艺简单。
锚网喷支护在济西矿大部分巷道施工中采用。
井底车场锚网喷支护的巷道,第一次支护后,出现不同程度开裂炸皮,喷层脱落等破坏现象。
为保证安全,把开裂炸皮砼处理掉后,喷一层50mm砼,通过3~4m应力释放,待围岩基本稳定后,进行锚网喷二次支护。
经过1年多观察,未发现破坏现象。
支护参数:锚杆φ18mm×1800mm,间排距800mm×800mm,喷厚100mm,喷射砼标号C20,全断面挂网,金属网规格φ6.5mm×1750mm×950mm,网格100mm,搭接150mm。
煤矿软岩巷道支护技术发表时间:2018-02-26T10:42:14.743Z 来源:《基层建设》2017年第33期作者:张晓赟[导读] 摘要:一般而言,在煤矿巷道形成后,岩层受力均衡状况被打破,特别是岩层的应力会重组从而达到新的平衡,但一旦切向力作用过大,而反作用力不断减小,则会导致岩壁受力处于极端状态,而这种受力不均衡的情况也会逐步朝着巷道周围进行蔓延,最后导致岩壁异常拓展及变形,受力条件也在不断恶化。
太原理工大学山西太原 030000摘要:一般而言,在煤矿巷道形成后,岩层受力均衡状况被打破,特别是岩层的应力会重组从而达到新的平衡,但一旦切向力作用过大,而反作用力不断减小,则会导致岩壁受力处于极端状态,而这种受力不均衡的情况也会逐步朝着巷道周围进行蔓延,最后导致岩壁异常拓展及变形,受力条件也在不断恶化。
要避免严重事故发生,则需对巷道岩层进行支护,特别是一些质地较软的岩层,更需要采用科学的支护方案。
要让软岩巷道支护保持能达到预期效果,则需采用科学有效的支护技术与方法。
就此将从煤矿软岩巷道支护技术应用方面入手,进行具体分析与探讨。
关键词:煤矿软岩;巷道;支护技术引言煤矿是十分重要的能源,煤矿消耗量巨大,而煤炭的储量却在逐年下降,煤矿层的深度也越来越大。
煤矿井下作业环境恶劣,如果地质条件比较差,则会造成煤矿井下作业危险度增加,需要结合实际情况选用巷道施工支护技术。
基于此,对煤矿井下软岩巷道施工支护技术进行深入研究意义重大。
1 巷道支护理论概述煤矿巷道支护理论是煤矿支护理论的一个基础性内容,从古至今,人们始终没有停止过对能源的开采和应用,而煤矿巷道支护技术也已经有了十几种理论形式,其中较为常见的就是悬吊理论、加固理论、最大水平应力理论等,其中悬吊理论主要就是应用于软围岩巷道顶板锚杆技术,在实际的煤矿开采中,虽然这种巷道技术较为少见,应用也不多,但是这种悬吊理论却能够更加直观地为煤矿开采给予帮助。
而加固理论则从宏观的角度分析了煤矿巷道的内部结构,加固理论也具有自身的特点和结构特征,一般情况下都是在被纵横交错的弱面切割的岩层中安装锚杆,这样可以提升煤矿内部巷道的稳定性。
浅谈软岩巷道支护结构的选择摘要随着矿井开采深度的增加,巷道破坏日趋严重。
调查研究表明:巷道支护的破坏主要是由于松动地压、变形地压、膨胀地压、冲击地压、支承压力等造成。
主要研究的是在不稳定的软岩中,针对软岩的特点,如何选择支护结构,使其在技术上、经济上更趋于合理。
关键词:软岩巷道;围岩;支护结构目录前言 (4)第1章软岩巷道支护的特点 (5)第1.1节控制爆破维护围岩 (5)第1.2节采用柔性或可缩性的一次支护 (5)第1.3节及时补充加强一次支护 (5)第1.4节围岩趋于稳定时采用二次支护 (5)第1.5节适时封底 (6)第2章软岩巷道中常用的断面形状 (7)第3章软岩巷道支护结构的选择 (8)第3.1节砌碹封闭式支护 (8)第3.2节圆碹加砌木砖封闭式支护 (8)第3.3节条带碹支护 (8)第3.4节离壁碹支护 (9)第3.5节可缩性U型钢支护 (9)第3.6节置换支护 (10)第3.7节锚喷网支护 (10)第3.8节锚喷与U型钢可缩支架的联合支护 (10)第3.9节锚喷锚注式支护 (10)第3.10节缓冲锚喷砌碹支护 (11)第3.11节锚索—锚网梁支护 (11)结论 (13)参考文献 (14)致谢 (15)前言随着国民经济的发展,煤炭的需求量逐年增长,开采的范围也不断扩大。
无论新老矿井,在开掘巷道时都遇到了大量的软岩层,特别是随着开采深度的不断增加,深部地压明显增大。
加之开采条件愈趋复杂,给巷道的掘进和维护带来了很多的困难。
在开掘过程中,由于围岩的变形、位移膨胀,使巷道掘进速度减慢,每天仅能完成几米。
巷道竣工不久,支护受到严重破坏,某些矿的掘砌成本高达每米几千元,甚至上万元,是稳定围岩中同类巷道的3~4倍,而且维修困难。
在软岩层中施工巷道,掘进容易,但维护极其困难,采用常规的施工方法和传统的支护结构,往往不能凑效。
因此研究软岩支护问题便成为巷道施工的关键问题。
第一章软岩巷道支护的特点从理论分析和工程实践可知,软岩巷道的支护必须遵循“以柔克刚、刚柔结合、缓冲让压、稳定支护”的基本准则,即“先柔后刚”才能收到效果。
综述松软岩层是指粘结性差、强度低、易风化、有时遇水膨胀、自稳能力差的岩层。
它是破碎、软弱、松散、膨胀、流变、强风化蚀变和高应力岩体的统称。
泥质系列:泥岩、页岩、粘土岩、粉砂质泥岩、沙质页岩火山岩蚀变系列:沈北的蚀变玄武岩等软岩巷道的特征开掘在松散软弱岩层中的各种巷道,最明显的特征是地压显现比较剧烈,巷道维护困难,主要表现在以下几个方面:1.围岩的自稳时间短、来压快所谓自稳时间,就是指在没有支护的情况下,围岩从暴露起开始失稳到冒落的时间。
软弱岩石巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时,巷道来压快,要立即支护超前支护,方能保证巷道围岩不致冒落。
2.围岩变形量大、速度快、持续时间长软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量打、持续时间长。
一般软岩汉高掘后的1~2天,变形速度少的5~10mm/d,多的达50~100mm/d,变形持续时间一般25~30d,有的长达半年以上仍不能稳定。
3.围岩的四周来压、底鼓明显在较坚硬岩层中,围岩对支架的压力主要来自顶板,中硬岩层围岩对支架的压力来自于顶板和两帮,但在松软岩层巷道中则四周来压、底鼓明显。
松软岩层,由于结构疏松、强度低,很难支撑上覆岩层的重量,围岩在自重地压()的作用下,以垂直变形为主,垂直变形中又以底鼓为主。
底鼓明显是软岩巷道的重要特征,如果巷道没有底鼓或底鼓不明显,围岩就不是软岩。
如烟巷道四面来压,如果底板不支护,将出现一个支护结构的薄弱带,巷道破坏首先就是从不设防的底板开始,又因底鼓导致两帮移近和失脚,知道片帮冒顶,巷道全部破坏。
4.围岩遇水膨胀、变形加剧软岩一般都含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石,这些岩石遇水后软化,体积急剧膨胀,因而变形也更剧烈,产生很大的膨胀压力。
5.普通的刚性支护普遍破坏软岩巷道变形量大、持续时间长,普通刚性支护承受的变形压力很大,施工后很快就发生破坏,必须再次或多次翻修后巷道才能使用。
这是刚性支护不适应软岩巷道变形规律的必然结果。
软岩巷道支护支护困难原因分析1.岩层程艳年代晚,胶结程度差2.岩石强度低3.节理发育,岩体破碎4.围岩应力水平高(1)巷道埋深大(2)构造应力大(3)集中应力作用5.岩石吸水膨胀软岩分类普式岩石分级法最早给岩石进行系统性分级的是俄国学者M.M 普罗托吉亚科诺夫于1907年提出来的,简称普式分级法。
该法用岩石坚固性系数f来分类围岩,f值等于岩石的单向抗压强度除以10,f也称为普式系数。
普式岩石分级表普式岩石分级法将岩石分为Ⅹ级,其中的第Ⅵ、Ⅵa级定为相当软的岩石,我国许多矿山的科技工作者也认同ƒ<2~1.5以下的岩石为松软岩层。
我国支护专家对煤矿软岩的分类软岩巷道支护专家组初步将软岩分为:低强度软岩、膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩软岩巷道支护专家组建议的软岩综合分级巷道支护围岩松动圈分类表软岩巷道界限的判别(1)按岩石的坚固性判别在地质柱状图中,如果巷道穿过的岩层的普式系数ƒ<2~1.5 可初步认定为软岩巷道;(2)按岩层所含矿物成分判别在地质中,如果巷道穿过的岩层中,含有大量的高岭土、伊利石、蒙脱石及其混合物(一般含量大于15%~20%)可视为膨胀性松软岩层。
如果该岩层处于巷道底板,应该先采取预防底鼓的各种措施。
(3)按围岩自稳定时间判别已开掘的巷道,在无支护情况下围岩自稳定时间小于12h,可以认定该巷的岩层时属于软岩的范畴,应按软岩支护的要求进行设计和施工。
(4)按围岩松动圈得大小判别测量巷道围岩松动圈大于1.5m时,可以认定该巷是属于软岩的支护范畴,要按软岩支护进行设计和施工。
(5)按岩层所处的深度判别岩层在地下,在地应力、地下水、地温等的作用影响下,相对强度低的岩层也属于软岩。
矿井深部,虽然岩体本身绝对强度比较高,但在大埋深、大地应力作用下,也会发生类似软岩的问题,即围岩压力大、维护困难。
因为地应力场引起井巷周边产生应力集中,其数值超过围岩本身的极限强度,发生破坏,围岩体积扩容胀大,向井巷空间内移,扰动范围较大,长时间不能稳定,故作用在支架上的压力增加,致使支护困难。
矿井的软岩力学特征用围岩强度与大地自重应力之比来表示,即C=R1/(γ·H)≤2~3式中R1——考虑岩体裂隙、地下水等影响下围岩的强度,用围岩饱和水条件下单轴抗压强度表示。
γ——上覆岩石的平均容重H——巷道埋深凡符合此条件的岩层属软岩。
在深井中,尽管围岩强度大,当矿井到达临界深度H0时,C ≤2~3,进入深矿井软岩大地压难支护的范畴。
反之,浅井,但围岩强度低,C≤2~3时,也会出现难支护的问题。
软岩矿井临界深度第三章软岩巷道的支护原理如上图,可以清楚的看到围岩以自承能力为主的稳定过程。
(1)在0~2.5 m范围内,C、 值大幅度下降,松弛变形十分明显,这范围即我们常说的松动圈(或叫松弛带)(2)在纵深2.5~6 m范围内,围岩处于压缩状态,出现压密区,这是围岩开始向稳定方向转化的重要标志。
这个压密区形成承载圈,一方面对6 m以外围起支撑作用,另一方面对松弛带起保护作用。
(3)在6~9 m区段范围,围岩初期压缩状态逐渐转变为后期膨胀状态,并且应变值收敛稳定在0.008左右。
(4)在9~12 m区段范围,围岩由后期膨胀状态逐渐转化为后期压缩状态。
总的趋势仍是压缩、膨胀交错产生,并随深度增加逐步衰减。
总之,在围岩纵深12 m范围内最终出现两个压密区,一个膨胀去,一个松弛区。
压密区实际上是承载圈,支撑着绝大部分地应力,它在围岩稳定过程中起着关键作用。
软岩巷道支护原理松软岩层巷道支护的着眼点应放在充分利用和发挥自承能力上。
支护原理是:根据岩层不同属性,不同地压来源,从分析地压活动基本规律入手,运用信息化设计方法,设支护体系和施工工艺过程不断适用围岩变形的活动状态,以达到控制围岩变形,维护巷道稳定的目的。
1.综合治理对松软岩层巷道支护,必须树立综合治理的观念,方可达到预期效果,主要应考虑一下几个方面:(1)巷道位置的选择,最好是选在工程地质条件好,工程量又少的地段,并注意避免空间效应;巷道轴线方向和最大主应力方向平行或小角度相交。
(2)巷道断面形状要适应地应力分布特点,一般应是巷道周边圆滑,防止应力集中,设计的断面尺寸要考虑变形后断面尺寸的要求。
(3)施工工艺,应尽量减少对围岩的震动,并应及时封闭围岩,防止风化。
(4)巷道底板和水的治理,对巷道整体稳定性具有重要意义,在采用底板注浆或打锚杆办法来提高其自身强度,采用疏水、导水措施确保工作面及整个巷道不存水。
(5)支护结构、参数、施工工艺要密切注意和围岩变形状态相匹配。
2.联合支护根据松软岩层特征,巷道支护一般需分次进行。
巷道开挖,围岩暴露后,立即进行第一次支护,即使封闭围岩,使围岩尽可能减少其强度损失,防止有害的松散状态发生,以后再根据情况,适时的进行二次或多次支护。
支护形式,目前,发展趋势是以锚喷支护为主的联合支护方式。
在松软岩层巷道维护中,锚喷支护作为一次支护已被公认;二次支护可用锚喷网,也可用金属可缩性支架,还有采用整体混凝土支护。
实践证明,以锚喷为主的联合支护体系对松软岩层的维护有较好的适应性。
3.长期监控围岩变形是围岩力学形态变化最直接体现。
它不仅直接反映了地压规律,而且也是松软岩层用来分析判断围岩稳定程度的可靠手段。
松软巷道支护的原则一、鉴别软岩类型就总体而言,软岩可分为膨胀性软岩、碎胀性软岩和兼有以上两种情况的复合型软岩三种情况。
膨胀性软岩,围岩变形以岩石的吸水膨胀变形为主,支护对象主要是膨胀性变形,支护的首要任务是防水、治水。
将潮湿空气与围岩隔离开来,防止围岩风化、潮解、,减少岩体强度的降低。
对于这类软岩,支护的阻力并不是一定要很大,如若治水得当,松动圈又不大,软岩也能转化为较易支护的围岩。
碎胀性软岩是由于围岩应力超过岩体强度许多,产生了比较大的松动圈所致。
支护的主要对象是围岩的剪胀变形,松动圈越大,剪胀变形越大,支护越困难,须采用具有较高支护阻力的可缩性支架。
复合型软岩,既有围岩的吸水膨胀性变形,又产生了较大的松动圈,剪胀变形和岩石的吸水膨胀性变形都比较大,支护对象是二者之和,须采用防水和强力可缩性支护措施;复合型软岩巷道施工之后一定要加强维护,因为子啊剪胀变形作用下,一般用来防水的喷层很快就会开裂破坏,必须及时补喷防水,这与碎胀型软岩的要求略有不同。
膨胀性软岩的鉴别:利用仪器分析测定岩石的矿物成分和膨胀性,岩石干燥饱和吸水率等指标。
现场简易鉴别方法:将新鲜岩块放入水中,浸泡24 h。
如果无任何变化,没有膨胀性;如果岩块裂成小块,具有弱膨胀性;若分解为小粒,则具有较强的膨胀性;如果崩解成泥,将具有较强的膨胀性。
碎胀性围岩的鉴别与分级,根据松动圈厚度判定即:松动圈150~200 cm,一般软岩;200~300 cm,较软岩;大于300 cm,极强软岩。
二、软岩巷道支护的原则1.维护和保持围岩的残余强度的原则一般软岩,在经受水或者风化影响后,强度在降低,所以开巷后应及时喷射混凝土以封闭岩面,防止围岩风化潮解,减少围岩强度的损失;施工过程中的光面爆破等技术措施,有利于保持围岩的强度。
2.提高围岩强度的原则(1)提高支护阻力,改善围岩应力状态。
开巷后应尽快完成支柱的主体结构,使围岩由2向应力状态变为3向应力状态,从而提高围岩的残余强度。
(2)用锚杆支护加固围岩试验证明,锚杆能利用其锚固力将破碎围岩锚固起来,恢复和提高破裂围岩的残余强度。
形成具有较高承载能力和可塑性的锚固层。
锚杆锚固力大、密度高,这种加固作用就越明显。
(3)注浆加固破碎严重的岩体,单纯依靠锚杆加固不能满足要求时,应考虑注浆加固,这是提高松动破碎围岩强度最有效的方法。
注浆方式可以采用单独注浆或者采用外锚内注的“锚注式”锚杆。
3.充分发挥围岩的承载能力的原则(1)圆形轨道原则软岩巷道中,圆形巷道支护结构的承载能力最大(均匀应力场),采用圆形断面有利于提高围岩的承载能力,改善支护效果。
巷道断面形状的确定应尽量考虑适应围岩应力场特点。
(2)全断面支护原则软岩巷道支护所承受的荷载主要是围岩的变形压力,它来至于巷道的四周,包括巷道底板。
如果底板不支护,它就是支护的一个薄弱点,很容易发生底鼓现象,降低整个巷道支护结构的承载能力,导致支护失败。
所以软岩巷道底板必须加以支护。
(3)可缩性支护原则软岩巷道中,围岩变形压力是支护的主要载荷,普通刚性支护(砌碹支护、普通锚喷等)难以适应,在大的变形压力作用下很快就会破坏,使围岩处于事实上的无支护状态,不利于发挥围岩的承载能力;对于可缩性支护,当变形压力超过围岩的承载能力后,支架可缩让压,这一过程是减少支护受力,让围岩发挥更大承载能力的过程,所以,软岩巷道支护的主题结构必须是可缩性支护,如锚喷网支护和U型钢可缩性支架等。