西部矿区侏罗纪地层软岩支护技术探讨

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1、西部矿区侏罗纪地层软岩支护技术探讨山东科技大学王明远教授主要内容软岩特征及变形规律侏罗纪地层某矿软岩特征与变形规律侏罗纪地层软岩支护原理及结构形式一、软岩特征及变形规律本文所提到的西部地区是指内蒙鄂尔多斯东胜矿区、上海庙矿区、锡林浩特矿区，宁夏银川宁东鸳鸯湖矿区，新疆哈密大南湖矿区、准东矿区、和丰矿区，陕西彬长矿区。（一）软岩特征1、软岩概念软岩是指强度低、孔隙度大、胶结性差、受构造面切割及风化影响显著或大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱层。软岩是非均质、非连续的岩体，强度低，且有不同程度的遇水泥化膨胀性；有的裂隙发育，容易产生扩容的岩体统

2、称为软岩。西部地区岩层为成岩地质年代较晚的侏罗纪泥岩、粉砂岩层，属于软岩。2、软岩主要特征（1）可塑性围岩在外力作用下产生变形，难以恢复到原始状态。（2）膨胀性软岩受外力或遇水、风化体积增大。（3）崩解性软岩受力、遇水、风产生崩裂脱离原岩体的现象叫崩解性。（4）流变性软岩受力变形与时间有关的位移特征。包括蠕变、流动、滑移、弹性失效等现象。（5）不稳定性软岩受外力、震动、卸载、吸水、风化使原岩失稳，给支护带来困难3、软岩支护机理（1）地应力原理地压是影响巷道稳定的主要因素，巷道的稳定由矿井深度和岩性两个主要因素决定。随着开采深度增加，巷道压力

3、也在增加，总趋势见图1。（2）巷道稳定性指数影响巷道稳定的因素很多，理论研究认为：巷道的稳定性可用围岩稳定性指数表示，指数越小巷道的稳定性越好。式中S——围岩稳定性指数；R——岩石单向抗压强度，MPa。从上式看出，影响影响巷道稳定的主要因素是H、R值；但对于浅埋层风化软岩来说，其围岩胶结性差、强度低、防冒顶是支护的难点。（3）极限平衡理论巷道开挖后之所以遭到破坏是支护应力小于围岩压力，即极限平衡深入巷道围岩深度和巷道周边位移影响巷道围岩稳定性各种因素的综合反映。是巷道围岩稳定和矿压显现的表现形式。极限平衡半径及周边位移表示为：式中r——上覆

4、岩层体积质量，kg；H——巷道埋深，m；Pi——支护阻力，N；R——极限平衡区半径，m；C——粘结力，N；φ——内摩擦角，°；K1——影响系数；K2——煤岩体力学参数修正系数。式中a——巷道理论半径，mm；u——巷道周边位移，mm；G——剪切弹性模量。则极限平衡区深入巷道围岩的深度为周边位移（二）巷道变形规律1、地质条件对巷道稳定性的影响（1）岩石力学性质（2）围岩结构（3）围岩物相（4）地质构造应力（5）地下水2、设计与施工对巷道稳定的影响（1）巷道布置与开挖顺序（2）巷道断面尺寸和形状（3）支护材料与结构形式（4）支护参数（5）施工工艺

5、与质量3、某矿区巷道变形特点（1）完整性围岩变形特点巷道开挖后，应力重新分布，随时间延长变形量增大，围岩产生裂隙，形成松动圈。变形量达到某一值时，开始趋于稳定。某矿巷道变形与时间关系见图2。图2围岩变形特征1—脆性硬岩；2—中硬岩；3—塑性岩层。（2）胶结性差的围岩变形特点巷道开挖后，由于围岩胶结性差，强度低，特别是在有水的情况，开挖后立即变形，冒顶或片帮，随时间延续破坏扩大。1、某矿主要巷道所在位置围岩情况（1）斜井+1265m、+1172m、+1065m中部车场围岩情况①主斜井、副斜井由六煤-五煤露头对应地面位置开口，由四上-三煤间进入

6、煤系地层，穿过三煤后进入二煤底板。所处层位为四上-二煤之间的砂岩层。该层位由灰、灰白、深灰色不同粒级的砂岩组成，属二煤-八煤间砂岩含水层（Ⅳ），厚度为2.63～214.6m，平均厚63.66m。根据地质勘探报告，三煤顶板岩石虽孔隙率不大，但吸水率较高，软化系数低。岩石强度低，不坚固，为易冒落的一类无周期来压顶板。三煤底板细砂岩属较软弱类底板；粉砂岩允许单向抗压强度2.72MPa，属软弱类底板。岩层综合柱状见图3。二、侏罗纪地层某矿软岩特征与变形规律图3岩层综合柱状图②回风斜井由六煤～五煤露头对应地面位置开口，坡度为22°～15°～25°。在

7、二煤露头位置进入二煤，沿二煤底板施工。二煤厚度2.06～8.1m，平均厚4.75m；二煤顶板岩性总体由粗粒砂岩构成，次为粉砂岩、泥岩。厚度0.57～71.09m，平均11.55m，伪顶主要发育于井田南部，岩性以泥岩为主，厚度小于0.5m；底板岩性以粉砂岩为主，次为细粒砂岩及泥岩，厚度0.53～21.14m，平均5.06m，一般小于5m；顶板的侏罗系上统安定组—中统直罗组裂隙孔隙含水层（III），厚度3.4～372.33m，平均厚度127.12m，层位较稳定，渗透性强、导水性好。③主斜井皮带搭接硐室位于主斜井中部（距井口742～770m），布

8、置在二层-三煤间的岩层中，岩性以粉砂岩为主，次为细粒砂岩及泥岩，厚度3.07～22.47m，平均14.21m。④＋1265m水平中部车场、＋1172m水平中部车场布置在二煤～四上