软岩巷道变形机理及支护技术.pdf

5 6 童 撼蕉 科技 2 0 16 年 第 2 期 软岩巷道变形机理及支护技术 韶 明阳 辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 摘 要 随着矿井开采深度增加，地质条件越来越复杂，软岩巷道支护问题成为一个难题。因此分析软岩巷道的各类破坏 变形原 因，提 出有效支护方案是必要的。笔者通过探究软岩巷道变形机理 ，提 出多种软岩巷道 支护方式。 关键词采矿工程软岩巷道支护方式 中图分类号T D 3 5 3 文献标识码B d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 6 ．0 2 ．0 2 6 De f or m a t i o n m e c han i s m a nd s u ppo r t i ng t e c h no l o gy o f s o f t r oc k r oa dwa y S h a o M i n g y a n g L i a o n i n g T e c h n i c a l U n i v e r s i t y , L i a o n i n g F u x i n 1 2 3 0 0 0 Ab s t r a c t W i t h t h e i n c r e a s e o f mi n i n g d e p t h ， g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a r e b e c o mi n g mo r e a n d mo r e c o mp l e x ， s o ft r o c k r o a d wa y s u p p o r t i n g p r o b l e m b e c o m e s a d i ffi c u l t p r o b l e m ． T h e r e f o r e ， i t i s n e c e s s a r y t o a n a l y z e t h e c a u s e s o f v a fio u s t y p e s o f s o ft r o c k r o a d wa y , a n d t o p r o p o s e a l l e ff e c t i v e s u p p o s c h e me ． By e x p l o r i n g t h e d e f o r ma t i o n m e c h a n i s m o f s o ft r o c k r o a d wa t h e a u t h o r s p u t f o r wa r d a v a r i e t y o f s o ft r o c k r o a d wa y s u p p o n me t h o d ． Ke y wo r d s mi n i n g e n g i n e e r i n g s o f t r o c k r o a d wa y s u p p o me t h o d 某软岩巷道埋藏深 、应力大、分层薄、承载能 力差，若支护方案不合理，会出现顶板下沉 、两帮 收缩、底板起鼓等影响矿井安全生产的一系列问题。 为支护这种巷道，需要了解巷道破坏、变形的本质 ， 并且与支护结构的性能结合，采取 “ 因地制宜”的 支护结构类型。本文在软岩巷道变形与破坏类型分 析的基础上，提出不同支护方案。 1 软岩分类 按照软岩机理的特性 、韧变形、含矿物的成分 等，将软岩分为膨胀性软岩，大应力软岩，裂缝 软岩，复合软岩。 膨胀性软岩 S w e l l i n g S o f t R o c k ，记号S 是 有泥岩矿物成分且处于水平应力条件 2 5 MP a 的岩石会出现 韧性的变形。这种软岩单轴抗压强度 2 5 MP a 。常 收稿 日期2 0 1 5 一l 1 1 1 作者简介韶明阳，辽宁工程技术大学矿业学院越南留学生， 研 究方向 矿 山压力与控制。 见有粉砂岩混合泥岩、砂岩混合泥岩。在实际中处 于深度不大，表现硬岩的变形特征与处于深度比较 大 ，能表现软岩的变形特征的巷道。 裂缝软岩 J o i n t e d S o f t R o c k ，记号J 1 是指 泥岩质成分较小的岩石，裂缝扩展较多 ，岩石强度 低 ，沿着裂缝出现滑移的扩展现象。 复合软岩 是指上边三种软岩的组合H S是两 种大应力 一膨胀性的复合软岩；H J 是两种大应力 一 裂缝的复合软岩；H J S是三种大应力 一膨胀性 一裂 缝的复合软岩。 2 软岩巷道的破坏变形 巷道在软岩中掘进时 ，巷道表面会随之出现变 形破坏的现象 ，如巷道断面被很快变小，顶板下沉 ， 冒顶，两帮收缩 ，底板起鼓。破坏变形的原因可能 由于围岩结构 ，也有可能由于应力太大引起，一般 大多数是围岩结构引起的。按照各个巷道的破坏位 置，可以分成如下破坏变形的现象 1 顶 板 出现 变形 ， 冒顶 。主 要原 因是 在 掘 进巷道时，破碎岩石扩大原生裂缝 ，岩石各分层面 离层等，上边岩石的压力波及顶板及破碎岩石自身， 地下水的压力，施工工作 的影响等引起顶板出现大 变形 ，顶板破坏 的形式如 图 1 所示 。 5 8 童 心蕉 料技 2 O l6 年 第 2 期 以上是掘进软岩巷道时典型破坏现象，顶板变 ①可以填补围岩裂缝，预防风化，防止水侵入 形 、底鼓 、四方 向变形的现象约占 7 0 ％[ 1 】 。 围岩而降低围岩的强度。 3 软岩巷道支护方法 软岩巷道支护结构的选择与设计历来是一个难 题。软岩巷道支护结构可采用单独或组合的形式， 还可以采用一定减压措施。现在掘进软岩巷道时一 般采用的支护结构类型和措施如下 1 U型钢支护。u型钢支护拥有可灵活控制 断面形状与几何学参数等优点 ，且施工容易。压力 比较小时，支护框架相当于一个普通支撑框架。在 岩石压力大于构件之间的面接触摩擦力时 ，支护构 件开始滑过彼此 ，灵活支护巷道。在垂直方向框架 的灵活性可以达到 3 0 0 ～ 5 0 0 m ml2 】 。因此 ，当用 u型 钢支护时，可以使岩体释放能量 ，降低了岩石的压 力，达到岩体变形的反控制。u型钢支护是一种符 合软岩巷道的支护措施。如图 8 。 图 8 U型钢 支护 2 锚杆喷浆支护的结合。锚杆结合喷浆支 护是一种主动性支护方式，如今被广泛应用于软岩 巷道施工。适用于变形较大的软岩巷道 ，如图 9。 图 9 锚杆结合喷浆支护 3锚杆钻孔灌浆的方法。为了减少软岩巷 道的围岩裂隙，常用灌浆锚杆进行钻孔注浆支护 ， 此锚杆有两种效果一是拥有普通锚杆的支护效果 ， 二是注浆作用填补围岩裂缝。灌浆可以改善巷道围 岩的机理 ，使锚杆与围岩形成完整的统一体 ，抗压 能力更强 如图 1 0 。锚杆钻孔灌浆的作用包括以 下几个方面 ②注浆后，破碎围岩凝聚力大大提高，成为巷 道的一部分 ，增大巷道的弹性模量，使得注浆与支 护联合成整体。 ③注浆使围岩上部载荷分布均匀，可避免应力 集中点可能给支护结构不利的影响。 ④与钢筋混凝土联合支护 ，可以使支护承载力 范围广 ，支撑能力强。 ⑤注浆后，巷道圆度提高 ，一方面会减少载荷 集中，一方面减少应力引起的底鼓。 ⑥注浆锚杆与围岩结成整体，提高围岩的整体 性 。 图 l O 锚杆钻孔灌浆 4减压锚杆支护。减压锚杆 比正常锚杆多 了减压管装置。 通常情况下 ， 减压管高度约 4 0 ～ 6 0 m m，直径 为 1 9 ～ 2 5 m m；壁 厚 范 围 2 ． 5 ～ 4 n l l T l 。 减压锚杆的构造如图1 1 所示 [ 3 ] 。 减压管的作用 ①当巷道围岩压力较小时，一般不会有效卸压， 等同于正常锚杆。 ② 当巷道围岩压力大时，岩体对锚杆牵引力增 大。如果牵引力比减压管抗压缩的能力强，减压锚 杆会慢慢压缩，把牵引力通过垫子转移到减压管； 一 方面 ，吸收 围岩膨胀 的压力 ，一方 面逐渐增 强减 压管的抗压能力，保持巷道稳定 。 ③减压管的压缩度可以达到 1 8 c ml 4 】 。 1 ．铁锚杆 ； 2铜垫 ； 3螺母 ， 4减压 管 ． 图 1 l 减压锚 杆 5支护前减压。当施工软岩巷道出现高应 力时，需要把减少周围岩石的应力和巷道的支护_T 作有机结合起来 。该减压方法可以使用诸如钻孔 和爆破减压、 掘进减压巷道。 减压位置如图 l 2 所示。 2 。 6年第 2期 童 - 蒺 针 技 5 9 上接第 5 5页 尺寸规格 1 1 0 2 0 m 价格4 5 元 ／ m。 使用高强聚酯纤维柔性网上单层网，上网面积 9 2 9 61 m ， 使用网的面积 每片网走 、 倾向各搭茬 0 ． 3 m 9 4 8 6 0m 柔性 网费用 9 4 8 6 0 4 5 4 2 6 ． 8 7 万元 2 ． 2 - 2 收网绞盘 工作面每架支架一个收网绞盘 ，全面预计 1 6 8 个 。 费用 4 8 0元 1 6 8 8 0 6 4 0元 2 ． 2 - 3 1 4 镀锌铁 丝 计划 用量 3 0 0 k g ． 费用 7 3 0 0 2 1 0 0元 材料费总计 4 2 6 8 7 0 0 8 0 6 4 0 2 1 0 0 4 3 5 ． 1 4 4万元 3 指标对比 1 两方案费用对比8 0 1 ． 9 2 4 ． 4 3 5 ． 1 4 4 3 6 6 ． 7 8 万元 ，使用高强度聚酯柔性网费用较低。 2安全性对 比使用传统菱形金属网，工 人劳动强度大，运网、停产上网、联网次数多、时 间长，产能相对低下 ，而且职工联网时需站在煤壁 前作业，危险程度较高 ；使用高强度聚酯纤维柔性 网，一次上网可以推采较远距离 ，联网、运网、上 网次数较少 ，劳动强度较低，施工人员站在支架下 进行操作，安全程度较高，工效相对较高。 3 该工作面涌水量较大，采空区内有多处 老塘水集聚，对铁丝网有腐蚀现象 ，高强聚酯柔性 网耐腐蚀性强；高强度聚酯柔性网还有很强的阻燃 性 。 4 高 强度 聚酯 柔性 网规 格 齐全 ， 可选 性强 ， 具有 2 0 02 0 0 k N，4 0 04 0 0 k N，4 5 04 5 0 k N， 6 0 04 0 0 k N 等型号 可选 。 5 在使用过程中发现高强度聚酯柔性 网在 抗拉强度上与菱形铁丝网强度相似，但是在抗剪切 力方面要弱于铁丝网，因此在使用中要注意保持工 作面顶板的平整及工作面的直线性。 6工作面造撤面条件选 网强度要大，新安 公 司选 用 了 4 0 0 4 0 0 k N规格 的柔 性 网 ，通过 现场 检验 ，完全满足使用要求。 4 结束语 高强度聚酯柔性网作为一种新 型矿山支护材 料 ，相比菱形铁丝网具有较高的性价比和操作安全 性 ，对安全生产影响相对要小的多，在极大的提高 了生产功效同时降低了材料投入 ，值得在矿山分层 造假顶和工作面末采造撤面条件中推广使用。