葛泉矿软岩大巷底鼓机理及控制研究

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1、葛泉矿软岩大巷底鼓机理及控制研究隧道网vww.stec.net(2005-8-25)來源：隧道网摘要：一190南翼运输大巷底鼓一直是困扰葛泉煤矿的重大问题。以该巷道大范圉内的岩体为研究对彖，通过对围岩主要物理和力学性质的室内测试、底鼓影响因素的理论分析和支护效果的数值模拟，掌握了原支护条件下巷道围岩塑性区范围和巷道周边应力分布状况，得出围岩性质、水和支护形式是产生底鼓的主要因素，提出了底鼓控制途径和全断而注浆、帮角锚杆加固控制底鼓的方案,并通过数值模拟优化了支护参数。现场观测表明，该方案取得了良好的底鼓控制效果。关键词：采矿工程软岩巷道底鼓机理数值模拟底鼓

2、控制中图分类号：TD313文献标识码：A文章编号；1000-6915(2005)08-1450-061引言在软岩巷道中，底鼓是围岩变形和破坏的主要形式之一。底鼓导致巷道断面缩小，阻碍运输和人员行走，妨碍通风，茯至造成整个巷道报废，严重影响矿山的生产和安全。根据河北金牛能源股份冇限公司葛泉矿的统计，-190m南翼运输大巷底鼓己造成的经济损失达500万元以卜.，给巷道维护工作带来了极人的困难，底鼓成为制约该矿发展的主要问题之一。本文应用软岩巷道支护理论，通过现场观测、理论分析、数值计算等手段分析了该巷道底鼓的机理，提出了合理的底鼓控制方案，并在现场应用屮取得了良

3、好的技术经济效杲。2工程背景一190m南翼运输大巷位于葛泉井m东南部的向斜抽部，埋深305m,与-180m南翼回风大巷水平间距为34m,高差为10m。该大巷为穿层巷道，穿过的主要岩层有粉砂岩、细砂岩、泥岩和野青灰岩，但大部分区段为粉砂岩。巷道穿过地层的构造非常复杂，地质勘测资料表明巷道将穿过F6-1,DF14等12条断层。巷道断面形状为直墙半圆拱，断面尺寸为4.4niX3.5m(长X宽)，支护参数为：4)22mnr2000mm的高强螺纹钢锚杆,锚杆间排距900mmX900mm,正方形布置,全断面挂网;永久支护为喷射混凝土，厚度为100mm。巷道变形的主要特征

4、为：(1)底鼓强烈，一•般2-3个月须卧底-•次，深度为300-500mm；(2)两帮变形量大，严重地段平均巷宽约3.2nio岩样取样化验分析表明，泥岩中粘土矿物含量为84%-92%,砂岩屮粘土矿物含量为37%-48%,其屮，粘土矿物屮均含有伊/蒙混层矿物和高岭石。通过实验室试验测得的泥岩和砂岩主要物理、力学性质如表1所示。3—190m南翼大巷底鼓影响因素分析3-1围岩性质该巷道围岩以粉砂岩为主，并夹有泥岩，2种岩石都含有伊/蒙混层和高岭石矿物。伊/蒙混层矿物具有显著的膨胀特性，其亲水性介于伊利石和蒙脱石Z间，当它的含量高时，软岩的膨胀性显著。由于泥岩中伊/

5、蒙混层矿物的含量比砂岩高，因此，泥岩的膨胀性比砂岩强。高岭石遇水崩解，具冇弱膨胀性，对软岩变形冇一定影响。扫描电子显微镜和9310型微孔分析仪观测结果表明：泥岩和砂岩的微观结构发育，天然裂隙度较高，因此，水很容易侵入巷道底板岩体内。3.2地质构造和构造应力由于该巷道穿过地层的地质构造非常复杂，断层和节理裂隙发育，而且还存在大量的陷落柱,巷道围岩的完整性被严垂破坏，断层等结构弱面控制了岩体抗拉强度、抗压强度、弹性模量、渗透系数等巷道周围工程岩体的物理力学参数，围岩抵抗外界破坏的能力和口承能力人幅度降低，使巷道支护体系耍承受更大的外力（矿山压力）作用，因此，更易

6、引发巷道变形破坏。地质构造在影响岩体强度的同时，也改变了巷道所处的应力环境。由图1可知，一190m南翼运输人巷布置在向斜轴部，因而受到局部构造应力的作用，导致其破坏方式具有明显的水平方向的变形破坏特征，主要表现为：两帮开裂严重且收敛量大，底鼓严重。表1泥岩、砂岩的主婆物理力学性质Mflflrv补1■”nOiIMill»>59-es*1,•-•眞：4tMM12aMW■■•■315fl.Fwwtvu图1-190m南翼运输人巷位置、方位示意图3.3水水对巷道底鼓的影响主要通过水理作用表现出来。由于迎头或返修工作面后面的巷道底鼓量不一，水沟受挤压破坏严巫等因素的影响

7、，巷道涌水往往无法及时排出，大部分水渗入巷道底板内，或泡在巷道底板上，使底板围岩和部分巷旁岩体长期受到水理、风化作用，愈发加剧了围岩向巷道口由空间内的挤入趋势，加人了巷道底鼓量。除了迎头积水外，由于小的断裂构造较多，一些含水层中的水通过这些小断裂渗入巷旁围岩，并在巷道周围的岩体裂隙中渗透。在小断裂比较密集的地方，小构造附近的渗透区域已经联系在一起，形成多片大面积的淋水、浸水区域。这些区域的巷道破坏情况明显比围岩比较干燥的地方严重，底鼓程度也更严重。3.4巷道布置由于一190m南翼运输人巷和一180m南翼冋风人巷集中布置在-•起，2巷水平相距30m左右,二者之

8、间不仅在开掘巷道引起的应力重新分布等方而相互影响，而