對軟巖支護的幾點認識

2013年6月8日山東能源龍礦集團對軟巖支護的幾點認識匯報內(nèi)容一、軟巖的概念對軟巖支護的幾點認識二、龍口礦區(qū)的工程地質(zhì)概況

三、龍口軟巖巷道破壞特征

四、龍口礦區(qū)高膨脹軟巖巷道支護對策五、龍口礦區(qū)高膨脹軟巖控制技術六、軟巖治理下一步工作思路第一部分軟巖的概念

對軟巖支護的幾點認識軟巖目前尚無統(tǒng)一定義，一般來講是軟弱、破碎、膨脹、流變、強風化及高應力巖體的總稱。軟巖是一種特定環(huán)境下具有顯著塑性的復雜巖石力學介質(zhì)，一般以單軸飽和抗壓強度衡量，即Rc值從3—25（30）Mpa。圍巖松動圈厚度大于1.5米的圍巖，稱為軟巖。軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。對軟巖支護的幾點認識軟巖可分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖兩大類別。地質(zhì)軟巖指強度低、孔隙度大、膠結程度差、受構造面切割及風化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖，是天然形成的復雜的地質(zhì)介質(zhì)；工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。工程軟巖強調(diào)軟巖所承受的工程力荷載的大小，強調(diào)從軟巖的強度和工程力荷載的對立統(tǒng)一關系中分析、把握軟巖的相對性實質(zhì)。根據(jù)軟巖特性的差異及產(chǎn)生顯著塑性變形的機理，軟巖可分為4大類，即膨脹性軟巖、高應力軟巖、節(jié)理化軟巖和復合型軟巖。對軟巖支護的幾點認識膨脹性軟巖表2-3膨脹性軟巖分級對軟巖支護的幾點認識膨脹性軟巖蒙脫石含量(%)干燥飽和吸水率0(%)自由膨脹變形量(%)弱膨脹性軟巖<10<20>15中膨脹性軟巖10~3020~5010~15強膨脹性軟巖30>50<10根據(jù)高應力類型的不同，高應力軟巖可細分為自重應力軟巖和構造應力軟巖。高應力軟巖根據(jù)應力水平分為3級，即高應力軟巖（25-50MPa）、超高應力軟巖（50-70MPa）和極高應力軟巖（>75MPa）。工程軟巖和地質(zhì)軟巖的關系是：當工程荷載相對于地質(zhì)軟巖（如泥頁巖等）的強度足夠小時，地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生軟巖顯著塑性變形力學特征，即不作為工程軟巖，只有在工程力作用下發(fā)生了顯著變形的地質(zhì)軟巖，才作為工程軟巖；在大深度、高應力作用下，部分地質(zhì)硬巖（如泥質(zhì)膠結砂巖等）也呈現(xiàn)了顯著變形特征，則應視其為工程軟巖。對軟巖支護的幾點認識第二部分龍口礦區(qū)的工程地質(zhì)概況

對軟巖支護的幾點認識龍口礦區(qū)成煤于新生代古近系，含煤地層巖性多為泥巖、粘土巖、含油泥巖，炭質(zhì)頁巖和膠結松散的砂巖。巖層單軸抗壓強度5.3～44.3Mpa，大部分小于20Mpa，內(nèi)摩擦角26.3°～32°。節(jié)理裂隙發(fā)育，松散破碎。大部分巖層中含有蒙脫石（最高68.4%）、高嶺土等膨脹性礦物，易吸水崩解，膨脹性強（最高245%）。圍巖自穩(wěn)時間短，具有顯著的流變特性，屬典型的“三軟”地層，圍巖（煤）突出表現(xiàn)為“三怕”，即怕震動、怕風化、怕水浸，給巷道施工和支護帶來很大困難。

對軟巖支護的幾點認識礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層為煤1油2、煤2、煤4（見下綜合柱狀示意圖），根據(jù)多年來的井巷工程實踐，煤1油2的工程穩(wěn)定性最好，煤2層次之，煤2頂板含油泥巖、煤4層底板8米下炭質(zhì)泥巖和斷層破碎帶最不穩(wěn)定，巷道極難維護。特別是隨著深度的增加，軟巖具有的松、散、軟、弱四種屬性表現(xiàn)的極為突出，其崩解性快、流變性強、脹縮性大、觸變性敏感，對井巷工程的損害與破壞十分嚴重。

對軟巖支護的幾點認識自礦區(qū)開發(fā)以來，巷道支護一直是礦井正常生產(chǎn)的一個突出課題，礦區(qū)建設初期（90年代以前），采用錨噴支護和料石砌碹支護方式，基本上解決了淺部地層巷道的支護問題，但隨著開采深度的增加、開采范圍的擴大和開采方式的改變，軟巖的屬性越發(fā)突出，巷道支護變得十分困難，成巷后，巷道壓力顯現(xiàn)突出、變形速度快、變形量大、返修工程量大、成本增加，對正常的安全生產(chǎn)帶來許多隱患、影響經(jīng)濟效益。目前，北皂煤礦海域、梁家煤礦六采區(qū)、洼里煤礦十二采區(qū)的工程地質(zhì)條件十分惡劣，支護問題非常突出。對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識綜合柱狀示意圖第三部分龍口軟巖巷道破壞特征

對軟巖支護的幾點認識

總結建井以來巷道破壞特征，主要表現(xiàn)為三種形態(tài)123流變破壞型

膨脹破壞型

擾動破壞型對軟巖支護的幾點認識

第一種類型流變破壞型：

這種破壞形式最常見，巷道整體或局部緩慢變形，即使不受其它因素擾動，經(jīng)過一定時間后，巷道仍會發(fā)生破壞。其原因是巷道圍巖持續(xù)變形，支護體強度及剛度不足，巷道圍巖從錨桿之間的空隙向外突出變形，甚至巷道幫部連同錨桿一起整體外移。巷道返修過程中可以看到，破除的圍巖層面沒有空隙，卻出現(xiàn)不規(guī)則彎曲，是流變的結果。對軟巖支護的幾點認識

第二種膨脹破壞型：

這種破壞形式主要表現(xiàn)在巷道底鼓方面。主要原因是巷道圍巖揭露后，在短時間內(nèi)風化受水侵蝕，圍巖中含有蒙脫石等礦物質(zhì)膨脹泥化明顯，造成巷道圍巖持續(xù)變形，破壞巷道支護。對軟巖支護的幾點認識

第三種擾動破壞型：

1、巷道之間相互擾動破壞

這種類型破壞表現(xiàn)在破壞速度較快，且頻繁發(fā)生破壞。主要有兩種原因造成，一是一條巷道局部失穩(wěn)破壞，其擾動造成相鄰段的巷道失穩(wěn)破壞；二是巷道密度過大而支護強度相對不足，造成近距離巷道交替破壞。對軟巖支護的幾點認識2、施工過程的擾動破壞

這種類型破壞，在擾動因素出現(xiàn)后，巷道迅速發(fā)生變形破壞，破壞范圍隨擾動因素的不同而不同，且相差很大。主要有三種原因造成：

第一種第二種第三種一是由于工作面開采過程中動壓影響，對順槽巷道超前擾動影響或臨近巷道擾動造成破壞；二是巷道掘進施工過程中炮震及動壓影響，造成附近巷道的破壞；三是返修施工對臨近巷道擾動影響造成破壞或破壞加重。

以上三種原因以工作面開采過程中動壓影響最為嚴重，造成的破壞范圍較大。

對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識第四部分龍口礦區(qū)高膨脹軟巖巷道支護對策

對軟巖支護的幾點認識

一是早封閉：盡快封閉圍巖和加強水的治理，防止圍巖風化抑制圍巖膨脹；

根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，結合龍口礦區(qū)軟巖的基本特點：松軟、吸水、膨脹。確定支護的基本要求是有限讓、積極抗、抑制脹。采取的支護支護對策是：

二是有限讓：讓圍巖有限卸壓，從而降低支護所需強度，最大限度減少支護投入；

三是適時抗：當變形達到一定程度時加強支護強度，防止圍巖或煤體產(chǎn)生過度變形而降低強度；

四是避免擾：應減少或避免對圍巖的擾動而使圍巖弱化和膨脹的加劇。對軟巖支護的幾點認識第五部分龍口礦區(qū)高膨脹軟巖控制技術

對軟巖支護的幾點認識

多年來，針對龍口礦區(qū)軟巖的特點，在巷道支護方面進行了一系列探索，取得了大量現(xiàn)場經(jīng)驗和成果，基本滿足了生產(chǎn)需要，為礦區(qū)巷道支護積累了豐富的經(jīng)驗，對礦區(qū)的安全生產(chǎn)起到了積極促進的作用。對軟巖支護的幾點認識龍口礦區(qū)采取的幾種支護形式錨網(wǎng)噴支護形式1對軟巖支護的幾點認識2346

錨網(wǎng)噴錨梁支護形式棚－噴復合支護形式及料石碹支護

柔－剛復合支護形式5高強U型鋼棚壁后澆注支護高強度鋼管混凝土支架支護

1、錨網(wǎng)噴支護形式這種支護形式一般適用于圍巖強度較高的油頁巖巷道，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)狀況一般頂板掛網(wǎng)，兩幫根據(jù)圍巖狀態(tài)一般不必掛網(wǎng)就能滿足使用要求。圖見下頁對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識2、錨網(wǎng)噴錨梁支護形式在錨噴網(wǎng)錨梁聯(lián)合支護形式中，錨桿是支護的主體，它將松動圈內(nèi)的破裂圍巖重新組合起來形成擠壓加固組合拱，同時起到懸吊、圍巖補強、減小跨度作用；噴層起封閉圍巖的作用。由于軟巖巷道圍巖變形明顯，通常為了使噴層能適應巷道的大變形要求，一般增加金屬網(wǎng)，在錨噴網(wǎng)組合結構拱支護中抗巷道變形顯得非常重要，尤其是煤巷錨網(wǎng)噴組合支護作用更為明顯。對軟巖支護的幾點認識

錨梁是基于防止冒頂因素分析提出來的，軟巖巷道冒頂通常是因頂板巖層沿巷道兩腮向斜上方產(chǎn)生兩條剪切裂隙，以及較大離層大于錨桿錨固長度，而錨網(wǎng)噴形成的支護體不足以維持離層覆巖的自重，稍有外力影響，即造成頂板離層覆巖沿兩條剪切裂隙冒落，冒落體多為倒楔狀。錨梁與45°錨固錨桿正好承托阻止了冒頂?shù)陌l(fā)生。對軟巖支護的幾點認識1錨噴－架棚復合支護2錨噴-襯砌復合支護

3雙層錨網(wǎng)噴帶返底拱支護

3、柔－剛復合支護形式，分為三種：對軟巖支護的幾點認識

（1）錨噴－架棚復合支護

架棚的種類有木棚、工字鋼梯形棚、槽鋼棚、U型鋼棚。木棚除了臨時處理冒頂或加固待返修的錨噴巷道外，掘進巷道已不再采用木棚支護。槽鋼棚由于強度較低，不能有效支護巷道，現(xiàn)已逐漸被代替。工字鋼梯形棚采用11#礦用工字鋼加工而成，多用于巷道加固支護。U型鋼棚具有強度大、可縮性較好，能較好的適應軟巖收斂變形的特點，并且架設方便，因此錨噴－架棚復合支護多用于巷道壓力顯現(xiàn)較大時的加固及巷道開門口、貫通等臨時支護或加固，以及回采工作面臨近停采線時的回采、準備巷道的加固，為錨網(wǎng)噴錨梁支護的必要的補充。

對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識

（2）錨噴-襯砌復合支護

錨噴-襯砌復合支護是指采用一次支護錨網(wǎng)噴，二次支護料石碹或砼灌注支護，是服務年限較長的開拓或準備巷道常用的一種支護形式，巷道斷面多設計為圓形或馬蹄形，帶返底拱。料石規(guī)格350mm*250mm*（150+180）mm；灌注砼采用C25～C30砼，底拱均采用料石砌筑并鋪抹50mm砂漿，阻隔水對底板圍巖浸蝕，施工速度慢，該種支護工藝多用于硐室、采區(qū)上下山、主要回風道等服務時間較長的巷道。對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識

（3）雙層錨網(wǎng)噴帶返底拱支護

為加快巷道掘進滿足接續(xù)需求，將錨網(wǎng)噴錨梁支護技術拓展進入了原來一直采用復合支護的開拓巷道以及回采巷道開門口支護中。即一次支護錨網(wǎng)噴支護，采用雙層Φ4mm金屬網(wǎng)，Φ18L2250mm麻花樹脂錨桿，第二層采用Φ6mm單層網(wǎng)Φ18L2250mm麻花(梁家礦現(xiàn)在用螺紋錨桿)樹脂錨桿。為防止巷道底板見水后底臌，采取了加做料石底拱的方法，對巷道全封閉支護。對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識4、棚－噴復合支護形式及料石碹支護龍礦集團洼里煤礦進入十二采深部開采后，壓力顯現(xiàn)明顯，通過探索實驗，目前回采巷道采用的工字鋼棚噴加料石底拱支護和料石碹支護，能夠較好的適應其深部地質(zhì)礦壓條件。對軟巖支護的幾點認識附圖一：工字鋼棚噴加料石底拱支護對軟巖支護的幾點認識附圖二：料石碹支護對軟巖支護的幾點認識5、高強U型鋼棚壁后澆注支護龍礦集團北皂煤礦海域擴大區(qū)屬于極典型“三軟”地層，礦壓顯現(xiàn)極為嚴重。通過多年的實踐，現(xiàn)工作面順槽一般采用高強度U36鋼棚壁后澆注支護，即在U型棚后采用C20混凝土進行澆注充填，澆注混凝土厚度200-300mm，混凝土澆注體與U型鋼棚形成整體，使支護體受力均勻，避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。同時U型棚具有可縮性，能夠實現(xiàn)“高阻可縮”的效果。對軟巖支護的幾點認識附圖一：直墻半圓拱形U型鋼壁后澆注支護對軟巖支護的幾點認識附圖二：圓形U型鋼壁后澆注支護對軟巖支護的幾點認識6、高強度鋼管混凝土支架支護

與中國礦業(yè)大學合作，在鋼管混凝土支架試驗基礎上，擴大改進鋼管混凝土支架的支護技術，在一些特殊層位下（如煤2頂板、過斷層區(qū)域），工作面外圍聯(lián)絡巷等地點采用鋼管混凝土支架支護，提高巷道支護強度。對軟巖支護的幾點認識對軟巖支護的幾點認識附圖圓形混凝土鋼管支架壁后澆注支護第六部分軟巖治理下一步工作思路

對軟巖支護的幾點認識指導思想1）、堅持“超前預測、綜合治理、因地制宜”的方案論證原則；

1、指導思想2）、堅持在