高应力软岩巷变形破坏特征及稳定性控制研究

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1、高应力软岩巷变形破坏特征及稳定性控制研究一、该问题研究的意义软岩地下工程支护一直以来都是一个世界性的难题，深部高应力软岩巷道支护更是国内外地下工程支护的难题之一。关于高应力软岩巷变形破坏特征及稳定性控制的研究对于采矿工程、力学研究以及地下工程支护有着重大意义。一直以来，软岩以其大变形、大地压、难支护的特征引起采矿工程和岩石力学工作者的普遍关注。人们注意到，在浅部开采时，一些结构疏松较为软弱的岩石表现为软岩的变形力学特征，一些结构致密较为坚硬的岩石表现为硬岩的变形力学特征，但随着开采深度加大，一些较为坚硬的岩石也表现为软岩的变形力学特征了。对于软岩变形破坏特征及稳定性控制的研究对于软岩的

2、定义以及采矿工程有着极为深远的意义。随着大规模的矿山开采和采矿深度的加大，深部高应力软岩巷道支护问题日益突出，如淮北、龙口、徐州、肥城、枣庄等各大矿区。能否解决好软岩巷道的支护问题，是我国矿产开采向纵深发展和安全生产的关键问题之一。如采用不适当的维护措施，巷道周围岩石变形愈加剧烈，最终将导致巷道被破坏。因此，首先必须对高应力软岩巷变形破坏特征有足够深入的了解，加深对其稳定性控制的研究，以此来找到一个安全有效的维护措施，保障矿产开采的顺利进行。煤炭资源开采是我国的支柱性产业之一，煤炭发电是我国最重要的电力来源之一，同时我国还是全世界最大的焦炭出口国。随着我国煤炭开采量的加大和开采深度增加

3、,地层压力逐渐增大，深部高应力软岩巷道的数量在不断的增加。如果采取不适当的维护措施,巷道围岩变形愈加剧烈,支护也会愈加困难,最终将导致巷道失稳破坏;破坏后的巷道围岩将更加破碎,再生裂隙更加发育,致使巷道掘进与支护也变得十分困难，这对于我国的煤炭产业将造成巨大的影响。因此对深部高应力软岩巷道变形破坏特征及稳定性控制技术进行研究,对我国煤矿安全高效生产具有重要的理论意义与应用价值。例如白皎煤矿，白皎煤矿深井高构造应力软岩巷道支护，是长期困扰矿井正常生产的技术难题。深井巷道处于高地应力环境中，如果存在高水平构造应力，将给煤矿巷道支护带来很大的难度，而在此条件下的膨胀性软岩巷道支护，也是尚待攻

4、克的技术课题。因此，研究高地应力软岩条件下的巷道支护，具有重要的理论和实践意义，是保证深部矿井安全开采的关键。二、软岩的概念和分类1、软岩的定义对于软岩，目前还没有一个统一的定义。一般来讲，软岩是软弱、破碎、膨胀、流变、强风化及高应力岩体的总称。是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质。在浅层开采时，一些结构疏松较为软弱的岩石表现为软岩的变形力学特征，一些结构致密较为坚硬的岩石表现为硬岩的变形力学特征，但随着开采深度加大，一些较为坚硬的岩石也表现为软岩的变形力学特征。由于同一岩石类型在不同条件下的变形力学性质会发生改变，这就给软岩的定义带来了很大的难度。因此，国内外的专家学

5、者对于软岩的涵义尚且没有一个同一的认识。1981年9月，国际岩石力学协会委托日本岩石类型协会召开了“国际软岩研讨会”；1984年12月，我国煤炭部矿山压力情报中心站、《煤炭学报》编辑部、中国煤炭学会岩石力学专业委员会联合发起“煤炭矿山压力名词讨论会”，集中了国内矿山岩石力学方面的专家学者，在昆明市专门讨论了软岩的定义；1990年9月，在英国利兹（Leeds）大学召开了“软岩工程地质”的学术讨论会，国际上著名岩石力学权威J.H.阿特金森（Atkinson）、M.E.巴顿（Barton)和E.霍克（Hoek）参加了这次学术讨论会；1996年8月，我国煤炭工业部在龙口市召开了全国煤炭软岩工程

6、学术讨论会，出版了《中国煤炭软岩巷道支护理论与实践》论文集，总结了十多年的软岩工程经验。从上述的文献中可以看出，人们对于软岩的研究程度已经有了长足的进展，但是与实际需要之间仍然存在着很大的差距，就连软岩的命名和概念，国内外仍然没有一个统一的意见，往往出现同名异岩或者同岩异名的混乱现象，尤其是对于软岩的定义众说不一，给对于软岩的深入研究带来了很大的困难，因此，很有必要对此进行深入的研究与探讨。通过原煤炭部软岩专家组、煤炭软岩工程技术研究推广中心的有关专家的深入研究探讨，对软岩的概念进行了定义，并且对其属性进行总结和加以分类。1、软岩的分类2.1岩体的分类大都要考虑岩石强度和岩体的完整程度

7、，这是决定各类工程岩体稳定性的两项基本的共性因素。因此根据主要影响因素和工程岩体分级国家标准所依据的岩石坚硬程度（岩体单轴饱和抗压强度Rc)和岩体完整程度（岩体完整性指数Kv）这两个各类工程岩体稳定性的基本共性因素，将软岩分为5类，即软弱型软岩、破碎型软岩、高应力型软岩、软弱破碎型软岩、膨胀性软岩。2.1.1软弱型软岩：岩块强度低，岩石完整性较好，岩体单轴饱和抗压强度Rc小于30MPa,岩体完整性指数Kv小于0.55大于0.15。2.1.2破碎