软岩及软岩巷道支护中一些问题探析

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1、软岩及软岩巷道支护中一些问题探析摘要：我国软岩地区矿井分布广泛，随着矿井开采深度的增加，地应力加大，加之地质条件逐渐复杂，软岩巷道支护问题愈趋严重。本文基于软岩的分类及软岩巷道判定方法，根据软岩巷道变形机制的3大类型，即物化膨胀型，应力扩容型和结构变形型，提出了目前的软岩巷道支护技术中的利用粉煤灰进行壁后充填技术、刚柔层支护技术、刚隙柔层支护技术、超前锚杆支护技术、锚网一锚索耦合支护技术及立体桁架支护技术方案。关键词：软岩分类巷道支护变形机制技术1引言软岩问题从20世纪60年代就作为世界难题被提了出来，特别是软岩巷道

2、支护，历年是巷道工程的难题。软岩的类型是多种多样的，巷道穿过软岩的类型不同，其支护对象也不同，在软岩巷道支护前判定其支护对象和把握围岩支护难度是非常重要的。我国有软岩的矿井分布很广，加之矿井开采深度的增加，地应力加大，原来巷道支护不太困难的矿井，也面临支护难的问题，加之地质条件逐渐复杂，软岩巷道支护问题愈趋严重。软岩巷道支护研究应从工程地质分析岩层特性及其分类入手，弄清其变形力学机制及非线性变化规律，抓住支护技术的关键技术，实施有效的转化及巷道设计优化，取得成功的支护效果，本文基于软岩的分类、分析软岩巷道支护的变形机

3、制，提出软岩巷道支护技术。2软岩的分类及软岩巷道的判定2.1软岩分类软岩分类是围岩分类的一种特殊情况，由于软岩工程特点和人们认识的软岩的出发点不同，国内外对软岩的分类方法有很多种，主要有以下几种观点。2.1.1普氏岩石分级法最早给岩石进行系统分级的是俄国学者M.M.普罗托尼亚科诺夫于1907年提出来的，简称普氏分级法。该法用岩石坚固性系数f来分类围岩，f值等于岩石的单向抗压强度除以10,f也称为普氏系数。在50〜60年代，我国各地下工程部门，包括各类矿山，基本上按坚固性进行岩石分级。坚固性系数是指岩石间相对的坚固性在

4、数量上的表现，它最重要的性质在于不问是何种抗力，以及这种抗力是如何引起的，而给予岩石相互之间进行比较的可能性。在普氏岩石分级法将岩石分为X级，其中的第VI和级定为相当软的岩石，我国许多矿山的科技工作者也认同flOO%为剧烈膨胀性岩石。2.2生产中软岩巷道界限的确定目前对软岩巷道界限确定从以下几个方面判定。（1）按岩石的坚固程度性判别。在地质柱状图中，如果巷道穿过的岩层的普氏系数f〈2〜1.5,可初步认定为软岩巷道。（2）按岩层所含矿物成分判别。在地质资料中，如果巷道穿过的岩层中，含有大量的高岭石、伊利石、蒙脱石及其混

5、合物（一般含量大于15%〜20%）可视为膨胀性松软岩石。如果该岩层处于巷道底板，应预先采取预防底鼓的各种措施。（3）按围岩自稳定时间判别已开掘的巷道，在无支护情况下围岩自稳定时间小于12h,可以认定该巷道的岩层是属于软岩的范畴，应按软岩支护的要求进行设计与施工。（4）按围岩松动圈的大小判别测量巷道围岩松动圈大于1.5m时，可以认定该巷是属于软岩的范畴，应按软岩支护的要求进行设计与施工。（5）按岩层所处的深度判别。岩层在地下，在地应力、地下水、地温等的作用影响下,相对强度低的岩层也属于软岩。地应力场引起井巷周边长生应力

6、集中，其数值超过围岩本身的极限强度，发生破坏，围岩体积扩容胀大，向井巷空间内移，扰动范围较大，长时间不能稳定，故作用在支架上的压力增加，致使支护困难。矿井的软岩力学特征用围岩强度与大地自重应力之比来比较，即式中R1——考虑岩体裂隙、地下水等影响下围岩的强度，用围岩饱和水条件下单轴抗压强度表示；——上覆岩层的平均容重；H——巷道埋深。凡符合此条件岩层属软岩。可见深井中，尽量围岩强度大，当矿井到达临界深度H0时CW2〜3,进入深井软岩大地压难支护的范畴，反乙浅井，但围岩强度低，CW2〜3时,也会出现难支护的问题。3.现有

7、的软岩巷道支护技术软岩工程变形、破坏和失稳的原因是多方面的，但根本原因是其具有复杂的变形力学机制。根据理论分析和大量的工程实践、初步将软岩的变形机制归为3大类，即物化膨胀型，应力扩容型和结构变形型，这三类机制基本概括了软岩膨胀变形的主要动因。经过多年来对软岩巷道支护工程实践，结合其变形力学机制，目前我国采用的支护技术有以下几种。3.1利用粉煤灰进行壁后充填技术西安科技大学的黄庆享、余学义教授等，针对白皎煤矿砌雀巷道开展了研究，指出了巷道破坏的机理是围岩大变形过程中雀体与围岩不均匀接触造成破坏，最后提出了利用粉煤灰进行

8、壁后充填来改善支护结构与围岩接触条件的措施，取得了一定的效果。这种支护技术是针对已有的砌磋支护的改善。3.2刚性层(RFL)支护技术预留刚柔层支护技术是何满潮教授开发的拥有国家发明专利的技术，是利用软岩的特点，在支护体内设置一种刚柔层，使其具有足够的柔度来适应软岩巷道的大变形，在一定时刻具有足够的刚度来限制软岩的破坏变形，使支护体的刚度与围岩的