淮南矿区深部软岩巷道支护——袁亮.ppt

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1、淮南矿区深部软岩巷道支护技术研究与实践淮南矿业集团公司总工程师袁亮主要内容1引言2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征3淮南矿区深部岩巷主动加固新技术4工程示例5小结淮南矿区深部软岩巷道支护技术研究与实践1引言淮南煤田位于华北板块南缘，东起郯庐断裂，西至麻城阜阳断层，北接蚌埠隆起，南以老人仓-寿县断层与合肥中生代坳陷相邻。淮南煤田的构造运动主要发生在印支、燕山期。构造形式为近东西向的盆地，盆地南北两侧对冲形成叠瓦状的推覆构造，盆地内部则为较宽缓的呈北西西向的向斜构造。在南北向的推挤作用下，构成了两翼对冲推覆构造格局。推覆体构成迭瓦扇、断夹块，致使地层

2、直立倒转，次级褶皱发育与密集。1引言矿区现有9处生产矿井，2005年生产能力达3140万t/年，目前-1000m以浅有117.3亿吨，-1500m以浅共有煤炭储量294.9亿吨，随着高定位技改工程完工和新建矿井的逐步投产，2010年生产能力达8000万t/年，2015年生产能力达到9000万t/年。1引言1引言淮南矿区目前大多数矿井都已开拓延伸到了地下800m左右的深度，有的矿井正在向900～1000米深度延伸，支护难度日益增大。某些巷道采用架棚和砌碹支护，三个月就被压坏；有的巷道采用29U型钢支护，代价高而效果亦不理想。由于矿区地质条件复杂，断层

3、构造多，水平向地应力大，软岩遇水膨胀，深部岩层裂隙发育。围岩刚开挖出来时较为坚硬，不久即风化变软。不少岩层富含水，巷道穿越煤层时地压显现就更突出。随着开采深度的加大，地压显现严重。近几年有些巷道采用锚注（注浆锚杆）支护，有一定效果，但也存在注浆参数选择和漏浆封堵，遇泥岩注不进浆等工艺方面的困难。2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征2．1淮南矿区深部软岩的基本力学属性1）岩层强度低矿区岩巷工程所遇到的岩层主要是泥质页岩、泥岩、泥质胶结的粉砂岩等，其单向抗压强度一般小于30MPa，有的只有几个兆帕。有些岩层虽然岩块强度较高，但由于构造等因素的影响，节理

4、裂隙发育，岩层呈破碎状，岩体强度也很低。2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征表1淮南矿区深部岩巷围岩体物理力学参数测定值围岩类别密度ρ（g/cm3）内摩擦角Φ（°）粘结力C（MPa）抗拉强度σt（MPa）弹性模量E（GPa）泊松比υⅠ2.65452.00.7200.225Ⅱ2.60401.50.5150.25Ⅲ2.50351.00.3100.3Ⅳ2.35300.50.150.3252淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征2）软化与吸水膨胀性强淮南矿区有些巷道长期处于高速变形，修复周期只有数月，主要原因是发生大流变破坏。淮南矿区不同矿井的软化临界深度范围

5、600～750m，多数处于过渡阶段，巷道层位选择不合理通常导致巷道维护失败。X衍射矿物分析结果：泥岩中含92.3％的高岭石，7.7%的伊利石和蒙脱石，属弱膨胀性岩石。岩石浸水后，其强度大大降低。2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征3）具有显著的流变特征已掘进的深部软岩巷道长期处于较大的变形速度下，维修周期很短，帮底的过度修复常常导致支护结构的破坏，进一步加剧变形。2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征2．2淮南矿区深部软岩巷道的地应力特征淮南矿区采用全过程套孔应力解除法，选择4个典型深部矿井开展了深部地应力场测试。通常在一个钻孔中进行测试，获得多个测

6、点有效资料，再根据所测试得到的应变值和室内试验所测定的弹性模量、泊松比计算出测试部位的应力状态。2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征测试结果均表明：①测孔区最大水平主应力量值为17.6～27.81MPa，属高应力水平。最大水平主应力方位角为311.7°～334.7°。②地应力测孔区侧压系数均大于1，即水平应力大于铅直应力，说明该测试区的应力场是以水平向应力为主，因而，构造应力是影响该区域地应力及巷道稳定的主要因素。2．3淮南矿区软岩巷道的变形形态由于巷道围岩赋存特性、应力和开采环境不同，其变形形态也不一样。矿区深井软岩巷道表现出如下深部特征工程现象

7、：(1)来压快、强度大、持续时间长；(2)压力分布不均匀；地压分布与岩性和岩层结构及矿物组成、岩层产状及空间几何位置、岩石力学性质、工程因素等有关。同一测量断面不同位置的支架载荷值相差可达10倍以上。层状软岩采准巷道这种现象十分突出，常见由于偏心受压或集中载荷作用支架变形折损。2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征2淮南矿区深部软岩巷道的地质力学特征(3)塑性变形大，具有明显的流变性质，很容易产生松散地压；由于围岩应力大，强度低，塑性变形量非常可观，长时间不能完成塑性变形。由于维护不当，巷道周边位移在无约束或低约束状态下任意增大，变形地压转化为松散地

8、压。(4)具有明显的时间效应；巷道围岩位移随时间变化的趋势是初期迅速增长，随后位移增加变缓，到一定阶段趋向稳定，但通常稳定