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《复合型变形力学机制作用下的高应力软岩巷道支护.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、复合型变形力学机制作用下的高应力软岩巷道支护第4卷第3期顶Lb煤炭1997年9月7一复合型变形力学机制作用下的高应力软岩巷道支护夕如一日矿堕星垒内容提要本文详细分析7口矿丁戊组石门高应力软岩巷道变形破坏的原因,对该石门的受力变开;力学机制进行了科学的归类,并介绍了四矿在该石门高应力软岩巷道段综合治理的主要作法及取得的效果.关键词竺验让考型握高应力软岩巷道是以巷道围岩的松软,破碎,膨胀,流变,强风化,高应力为特征的.高应力软岩对矿山井巷的破坏与影响是十分严重的.多年来这种围岩条件下的巷道支护一直困扰着我国煤炭事业的发展,是许多矿井急需攻克的技术难题.近年来,我们
2、平顶山煤业集团四矿随着二水平的开拓及一水平采区的下延,部分巷道不得不穿越软岩及高应力区,但随之而来的是因地质条件的变化的日益频繁的矿压显现,使得原来的刚性支架支护满足不了高应力,软岩巷道的支护需要,这就需要找出其薄弱部分,加以适当改进.丁戊组石门就是其中的一例,该石门全长1950m,贯穿了厚度为270m的煤系地层,围岩岩性复杂多变,特别在该石门穿过的戊组,丁组煤层及一条的落差为20m的断层这三段累计长度为400m的高应力软岩巷道,自1989年建成之后,因压力过大和围岩的风化蠕进变形,使巷道在5～7个月内很快被压垮,虽采用刚性支架多次维修,但均告失败.1984年
3、,我矿工程技术人员联合淮南矿业学院地下工程结构研究所的专家,教授,在井下实地观测调研和分析论证的基础上,先后设计研制了马蹄形全封闭可缩性加强型支架","钢管砼支架","加强u型钢"支架,引进了"变强度砼弧板支架,应用了"拱形可缩性u型钢"支架,采用支架背后充填可缩性材料的让支结合的支护形式,对上述三段高应力软岩巷道进行了彻底的翻修,取得了十分显着的经济效果,为矿井软岩高应力巷道支护找到了一套新方法.1丁戊组石门维修前的状况丁戊组石门是四矿一,二水平辅助运输的大动脉,因其贯穿己组,戊组,丁组的各个煤层,岩层复杂多变,许多地段岩性很差,围岩极不稳定,致使巷道破坏严
4、重,锚喷,砌碹巷道多处发生大片掉顶,脱帮,墙基挤裂,u型钢拱形支架棚腿挤弯,构件挤裂及支架扭曲变形,断面普遍缩小3o以上,直接威胁着正常的通车行人安全.特别是前述的400m的高应力段,由于围岩非常松软,加之与地表的垂距都在600~700m之间,巷道变形更为严重,虽经多次采用刚性支架维修,均在很短时间内又被压坏,其维修周期大都不超过7个月.严重地段双轨改为单轨仍不能保证通车行人安全,断面收缩率超过5O,风速超限,给矿井的正常生产和安全造成极大的威胁.2丁戊组石门软岩及高应力巷道变形破坏原因分析及变形力学机制分类丁戊组石门软岩及高应力巷道变形破坏的原因,我们经过观
5、查,分析,可概括为如下几点:(1)丁戊组石门穿越的戊组,丁组煤层及?9?第4卷第3期平顶山煤炭1997年9月20m大断层带,其围岩主要是薄层粗砂岩,泥岩,砂质泥岩,断层破碎带和煤层互层.虽然岩性并不复杂,但泥质成份较大,且砂岩厚度小,富于含水,煤层,断层破碎带强度弱,泥岩具有遇水膨胀性,从而使巷道围岩表现出明显的遇水嘭胀及蠕进变形特征,为难以维护的软弱围岩.(2)巷道的埋藏深度在600m以上,垂深较大,自重应力较大,使围岩的原岩应力较大(3)由于巷道所处围岩具有上述特征,巷道开挖后,引起应力的重新分布,使围岩的塑性变形特征表现出来,围岩整体向巷道内部空间产生蠕
6、进变形,造成巷道断面缩小.(4)巷道开挖后,使围岩的自由度和暴露面增大,在潮湿空气的侵蚀作用下,引起围岩风化,强度降低,内摩擦力减小,丧失了围岩自身对周围压力的抵抗作用.(5)由于巷道穿过砂岩富含水层,且围岩泥质成份较大,遇水后,在径向产生整体扩容膨胀,力量非常巨大,是巷道反复维修,仍反复破坏的主要原因之一.(6)丁戊组石门穿越落差20m断层处的这段巷道,其变形破坏的主导因素明显表现为构造应力的作用.在围岩内储存的构造应力变形能在巷道开挖后向巷道内部释放,使巷道围岩发生非线性弹塑性变形,这种变形与时间有关,方向性明显,主要表现在巷道两帮的相互接近和底板鼓起,致
7、使巷道断面不断缩小.(7)该石门所穿越的戊.煤层和丁s煤层,煤质橙软,牯性小,强度弱,这也是巷道在穿越此两煤层时难以维护的主要原因.(8)由上述原因分析可知,丁戊组石门上述三段软岩高应力巷道的变形力学机制可归纳为重力扩窖机制,水胀机制,构造应力扩容机制的复合.3支护形式的选择与设计3+1支护对策?10?支护对策的确定我们主要从以下几个方面考虑:第一,在巷道周边铺设金属网,以增加巷道围岩的表面强度,提高护表能力;第二,在支架背后充填具有一定可压缩性的材料,使支架受力均匀,不易引起局部应力集中,又可保证围岩不受潮湿空气的侵蚀,起到让压,卸压,均压,允许应力释放,改
8、善支架受力状态的作用;第三,为了适应该
