软岩巷道支护技术及其在实践中的应用

软岩巷道支护技术及其在实践中的应用

朱俊平

(鹤煤集团公司,河南鹤壁　458000)

　　摘　要:通过阐述软岩的特性和软岩巷道支护技术,表述了软岩的多样性,在微观上存在

差异性,因此构成的软岩巷道的复合型变形力学机制类型存在多样性。说明了软岩巷道支护技术,要因地制宜地应用到实践当中。　　关键词:软岩;巷道支护技术　　中图分类号:TD355+19　　文献标识码:B　　文章编号:1671-0959(2006)0520020202

　　软岩是指在工程力作用下,能够产生显著变形的工程岩体。由于软岩是非均质、非连续的岩体,具有复杂的变形力学机制,并具有大变形、大地压、难支护的特点。随着矿井开采深度的增加,原来很少有软岩的矿井,现在逐步呈现出软岩特征,某些岩层首先进入软岩状态。

2　软岩支护理论与技术211　新奥法新奥法全名为新奥地利隧道施工法(NewAustrian

TunnellingMethd),国际上简称为NATM,20世纪70年代

1　软岩分类及特性

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。按照软岩自然特征、物理化学特性,以及在工程力的作用下产生显著变形的机理作为分类的主要依据,软岩分为五类:即低强度软岩、膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。

软岩有别于硬岩而独具的特性有以下几点:①可塑性。由于软岩胶结程度差,结构疏松,孔隙率高,强度低,粘土矿物亲水性强,在工程力和水的作用下矿物分子结构发生变化,吸附水分子形成水化膜,从而使岩石具有极大的可塑性,岩石强度极剧降低,在无控制条件下失去自身支承能力。②膨胀性。软岩在水作用下产生体积膨胀现象。③崩解性。软岩在物理、化学、力学因素等作用下发生鳞片状解体。④流变性。有韧性的软岩受力发生流变,其过程与时间密切相关的特性。⑤易扰动性。由于软岩的内部结构特点,软岩对抗外界环境扰动的能力极差,对施工震动、吸水膨胀、软化泥化、暴露风化等影响极为敏感。

传入我国,在铁路、水电、煤炭等工程领域推广应用。新奥法的概念是按岩石力学围岩支架共同作用的基本原则制定的,其主要意图是调动围岩自身的承载能力,尽可能地控制围岩变形,防止围岩松动,以达到施工最大安全度和最好的经济效果。新奥法主要内容有:围岩与支护共同发挥承载环的作用;初始支护应采用柔性结构;建立二次支护的概念;调整支护参数和重视涌水处理等。

在煤矿井下工程实践中,新奥法对提高软岩支护效果有重要意义:

1)实施密贴支护,使围岩与支护共同承载围岩应力。2)充分调动围岩自支承能力,开挖过程最大限度的保

护原岩强度。

3)恰当的控制围岩变形,一方面允许围岩向巷道空间

位移,以便形成岩石支承环,另一方面控制其产生过大的变形造成围岩强度降低。

4)二次支护,一次支护使巷道基本稳定,二次支护进

一步提高巷道的安全性。

5)全断面一次施工,采用光面爆破,避免出现对围岩

3　结　论

1)技术改造皮带暗斜井-230～-300m标高段的高应

变形巷道支护积累了宝贵经验。参考文献:

[1]　侯朝炯,郭励生,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].北京:中

力软岩巷道,常规支护难以奏效,采用“锚网+注浆+锚索”的联合支护技术,有效地解决了高应力破碎带软岩巷道难支护问题,围岩变形小,完全满足安全生产需要。

2)该技术与架棚支护相比,直接支护成本节约550元/m,具有成本低、维修工程量小、劳动强度低、支护快、

国矿业大学出版社,1999:14～16.

[2]　杨新安,陆士良.软岩巷道锚注支护理论与技术研究[J].

煤炭学报,1997,22(1):32～36.

[3]　中国矿业大学,平煤集团六矿.高应力破碎带大断面巷道支

可靠性高等优点,经济效益显著,该试验为高应力软岩大

护技术研究[R].2000:46～51.

(责任编辑　马光辉)

　　收稿日期:2006-02-07　　作者简介:朱俊平(1964-),男,湖南双峰人,工程师,1987年毕业于河南理工大学,长期从事建设工程质量监督工作。

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　2006年第5期　　　　　　　　　煤　炭　工　程　　　　　　　　　　施工技术　

的反复扰动和出现棱角造成应力集中。6)采用全封闭支护及时控制底板。

面,采用新奥法支护原理与技术,因地制宜联合支护,改巷道为“马蹄形”全封闭支护形式,巷道掘进断面14169m2,净断面11141m2,两帮和拱部采用Φ20×

2000mm树脂锚杆全长锚固,间排距600×1000mm;拱部

212　二次支护理论

实践表明,在高应力、膨胀性软岩巷道用一次支护,特别是使用强刚性支护均不可行。包括双料石碹,600mm厚的钢筋混凝土支护等等,原因是它们都不适应软岩初期大变形的特点。因此一次支护主要是提高围岩自身承载能力,保证巷道在安全的条件下允许围岩在控制下释压变形,以适应软岩的变形力学机制。为了保证巷道的较长时间的稳定和服务期的安全,在围岩变形稳定后必须进行二次支护,给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。

软岩巷道支护仅设计合理而施工质量不到位还是要失败的,所以对软岩巷道的施工质量保证,从掘进、支护和材质都要严格把关,确保工程质量。保证做到材料合格,光面爆破,锚杆安装到位,挂网喷浆平整均匀。严格水的管理,地下工作面水要及时处理;工程用水要严格控制。

加打Φ15124×8000mm锚索,间排距2000×2000mm,喷

厚120mm;底拱用Φ43×1800mm管缝式锚杆打地锚,间排距700×700mm,喷厚150mm。从整个支护来看,使支护体和围岩成为一个共同的应力支撑环,充分调动围岩自身承载能力。施工中做到了严格控制质量,及时排出涌水。从后期观测情况来看,巷道支护效果良好,位移量很小。

实践二:鹤煤十矿井下猴车道,其下部穿过泥岩、泥质页岩,岩层节理层理十分发育,埋深600～650m,围岩为复合型软岩。施工中未做底拱,拱和两帮采用锚喷网支护,施工质量一般。巷道施工后10个月,底鼓显著,两帮位移量最大1000mm,变形严重,为了巷道安全使用,只有拉底扩帮整修。为了适应软岩特征,结合围岩特性,巷道重新打锚杆喷浆,并架设U29可伸缩支架联合支护,底板做底拱处理。整修过的巷道比原来2～3个月拉底扩帮一次的变形量明显减小,巷道趋于稳定。

实践三:焦作程村矿是一设计生产能力45万t/a新建矿井,煤层赋存条件较好,煤层顶底板稳定,井筒落底水平和井底车场等埋深510m,围岩属泥质膨胀性岩层,表现出典型的软岩特性。施工出来的巷道在3～6个月两帮和顶底的位移量能达600～1000mm,变形量很大,难以支护,造成巷道进尺缓慢,给矿井建设带来很大困难。

矿方经研究决定,利用现阶段的软岩支护技术,因地制宜地应用二次支护的理论和方法,一次支护采用锚杆与锚索联合支护,以提高围岩自身承载能力。允许围岩在控制下释压变形,以适应软岩特性,在围岩变形稳定后再进行二次支护。在中央变电所整修中,一次支护(锚杆和锚索联合支护)过后,围岩变形速度减缓时进行料石砌碹。硐室规格净尺寸为3600mm×3400mm,采用双料石砌碹,壁厚

600mm,壁后用装入编织袋的软充填料充填300mm厚,并

213　锚喷网支护

锚喷网支护是目前软岩巷道有效且实用的支护形式,锚喷网支护具有以下优点与作用:喷射混凝土能及时封闭围岩和隔离水、风对围岩的破坏,减少膨胀泥化剥落的条件;锚杆能实现主动支护加固围岩,提高围岩自身承载能力和围岩一起形成一个加固圈。网不仅可以支承描杆之间围岩,同时将单个锚杆连结成整体锚杆群,和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈,锚喷网总体和围岩共同形成一个支承圈共同支承围岩,保持巷道稳定。锚喷网支护允许围岩有一定变形,所以锚喷支护的性能十分符合软岩对支护的要求,特别是一次支护性能的要求。锚喷网支护是目前软岩巷道有效、经济、实用的支护形式。

3　软岩支护技术的实践

软岩巷道支护要“对症下药”,没有“包治百病”的支护方法。软岩多种多样,即使宏观地质特点类似的软岩,微观上也千差万别,构成的软岩巷道的复合型变形力学机制类型亦多种多样。因此,软岩巷道支护要因地制宜、综合治理、联合支护、长期监控。

鹤壁矿区属古生代二迭系地层,地质构造非常复杂,主采煤层二1煤,煤层平均厚度8m,直接顶为沙质泥岩厚

0～29m,平均厚度13m;老顶为细沙和中细S10沙岩厚015～2415m,平均厚10m;直接底为泥岩或沙质泥岩厚0

保证充填均匀严密;巷道砌料石时在正顶和两肩窝处加入三道200mm宽的木料,变刚性支护为柔性支护,增加可缩量;底板打450mm混凝土底拱,整个支护体形成一个全封闭可缩性的柔性支护。完工后该硐室从近半年观测情况来看,支护效果很好。

～13m,平均315m;老底为S9沙岩厚5～15m,平均10m。矿区目前生产地区属泥岩、沙质泥岩及粗砂岩等围岩多数已呈软岩特征,特别是埋深600m以上的岩层软岩特性明显,巷道用传统的硬岩支护方式难以奏效。

实践一:鹤煤五矿三水平轨道下山,所处围岩为泥岩及沙质泥岩,遇水膨胀,抗压强度低,属复合型软岩。该巷道埋深650～700m,地压很大,以前是锚喷加U型棚支护,4～5个月巷道宽度由3200mm缩小到2700mm,两帮位移达500mm,高度也压低了300～400mm,U型棚严重变形,巷道损坏,形成了前掘后垮的被动局面。为改变局

4　结　语

软岩巷道支护是一个复杂而又细致的工作,要针对围岩情况,软岩的特性,因地制宜地对症下药,软岩支护的困难是可以解决的。同时要改变传统的硬岩支护理念,正确理解和应用软岩支护理论,把软岩巷道支护技术大胆地应用到实践中去。参考文献:

[1]　何满朝.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].徐州:

中国矿业大学出版社,1996.

(责任编辑　程玉岭)

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