渗水弱化薄页岩层交岔点支护技术

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1、万方数据第30卷第5期西安科技大学学报2010年9月JOURNALOFⅪ’ANI州IVERSn’YOFSCIENCEANDTECHNOI()GⅣV01．30No．5Sept．2010文章编号：1672—9315(2010)05—0552—04渗水弱化薄页岩层交岔点支护技术乔卫国1”，孟庆彬2，林登阁2，门燕青2(1．山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266510；2．山东科技大学土木建筑学院，山东青岛266510)摘要I针对彭庄煤矿巷道围岩节理、裂隙发育，特别是薄页岩层受水浸蚀后，岩层软化

2、严重的复杂地质条件，在富含地下水的层理、节理、裂隙发育的粉细砂岩互层中构筑大断面的交岔点，提出采用锚索施加较大预应力，限制巷道围岩离层，然后采用内注浆锚杆进行注浆赶水和加固围岩的方案。并对交岔点围岩收敛变形进行了长期的监测，监测结果表明交岔点两帮和顶底板的总变形量依次为24mm和30mm，这说明交岔点采用高强锚杆、锚索、锚注的联合支护方案，有效地封堵了围岩裂隙水，提高了岩石抗压强度以及岩体的整体性和承栽能力，实现了大型交岔点围岩和支护结构的长期稳定。关键词：渗水弱化；锚注法；锚索；高强锚杆；交岔点

3、中图分类号：TD353．6文献标志码：A1工程地质概况层理、节理、裂隙发育的岩体在地下水侵蚀下，岩体弱化，整体强度和稳定性极大降低，巷道围岩自承能力低，巷道变形量大，变形持续时间长，这类极不稳定巷道的支护问题是软岩巷道工程支护的难点和重点。山东鲁能菏泽煤电公司彭庄煤矿，位于郓城县张营乡境内，属巨野煤田，矿井设计生产能力0．45Mr／a，服务年限为51．5a．采用一对立井下山开拓，井底车场水平标高为一420m，辅助水平标高为一750m，井口设计标高+42．5m．在工业场地内布置主、副两个井筒，主井兼

4、作回风井，其中主井井筒净直径为5．0m，副井井筒净直径为6．0m．彭庄煤矿巷道围岩由于层理、节理、裂隙发育，特别是薄页岩层受水浸蚀后，岩层软化严重，井底车场自施工以来，由于断层裂隙导水，已发生过马头门和3#交岔点大冒顶事故，严重地影响了矿井的正常施工。在后续井底车场、巷道施工中，其支护方式、支护形式、支护参数优化等方面都需高度重视，故寻求解决不稳定巷道的修复、加固、开挖支护新技术，势在必行。2破坏机理分析2．1围岩力学性能及矿物成分2。1．1岩石物理力学性能测试与分析根据彭庄矿井副井井筒检查孔基岩

5、工程地质指标测试结果可知，取样深度324．0—324．80m处的泥岩，其抗拉强度为0．39—0．47MPa，平均为0．43MPa；500m以下泥岩的抗拉强度更低，其抗拉强度仅为O．2l一0．41MPa，平均抗拉强度为O．31MPa，部分泥岩吸水碎裂。粉、细、中砂岩的平均抗拉强度一般为l一3MPa，粗砂岩特别是石灰岩平均抗拉强度一般在3．0MPa以下。彭庄煤矿巷道围岩含有大量的泥岩，粉、细、中砂岩等软弱岩层，围岩自身的强度较低、自稳能力较·收稿日期：2010—04—01基金项目：新世纪优秀人才支持计

6、划资助(NCET—07—0519)；长江学者和创新团队发展计划资助(IRT0843)作者简介：乔卫国(1963一)，男，山东荣成人，博士，教授。博导，主要从事岩体加固理论与应用技术的教学、科研工作万方数据第5期乔卫国等：渗水弱化薄页岩层交岔点支护技术553弱，容易发生围岩破坏，巷道失稳。2．1．2副井岩石矿物成分定性分析采用粉晶x一射线衍射分析方法，对岩样进行全岩矿物分析和粘土矿物定性与定量分析，分析结果见表1．表l表明，样品中的主要粘土矿物是伊利石和蒙脱石混层，其次是高岭石和伊利石，有部分绿泥石

7、和蒙脱石矿物，部分样品中蒙脱石含量较高，巷道围岩属于膨胀性软岩。2．2地下水的影响地下水普遍赋存在岩土体中，它与岩体之间发生物理的、化学的和力学的相互作用，使岩体和地下水的力学性质和特性不断地发生改变，其实质是一种从岩石微观结构变化导致岩石宏观力学特性改变的过程，这种复杂作用的微观演化过程是自然界岩体强度软化直至破坏的关键所在¨J。彭庄矿井是一座富水矿井，并且这些膨胀性软岩节理裂隙发育，所以地下水很容易浸入软岩内部，引起岩石软化、崩解及膨胀等现象。2J，产生较大的膨胀变形，导致围岩强度急剧降低、变

8、形更加剧烈，使围岩条件进一步恶化，加剧了围岩的破坏。2．3构造应力的影响表1矿物X--射线衍射分析报告表Tab．1Mineralx—raydiffractionanalysisreport样品序号KCLII／MM备注：K一高岭石，cL一绿泥石，I／M—伊利石／蒙脱石，M一蒙脱石，I一伊利石根据地质钻探报告分析可知，彭庄井田共有39条断层，其中落差大于1130m的断层有17条，区内构造复杂。地质构造运动在岩体内积蓄大量的弹性应变能，在巷道洞室开挖后被释放，引起围岩应力重新分布，产生应