软岩支护指南.docx
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软岩支护指南
综述
松软岩层是指粘结性差、强度低、易风化、有时遇水膨胀、自稳能力差的岩层。
它是破碎、软弱、松散、膨胀、流变、强风化蚀变和高应力岩体的统称。
泥质系列:
泥岩、页岩、粘土岩、粉砂质泥岩、沙质页岩火山岩蚀变系列:
沈北的蚀变玄武岩等
软岩巷道的特征
开掘在松散软弱岩层中的各种巷道,最明显的特征是地压显现比较剧烈,巷道维护困难,主要表现在以下几个方面:
1.围岩的自稳时间短、来压快
所谓自稳时间,就是指在没有支护的情况下,围岩从暴露起开始失稳到冒落的时间。
软弱岩石巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时,巷道来压快,要立即支护超前支护,方能保证巷道围岩不致冒落。
2.围岩变形量大、速度快、持续时间长
软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量打、持续时间长。
一般软岩汉高掘后的
1~2天,变形速度少的5~10mm/d,多的达50~100mm/d,变形持续时间一般25~30d,有的长达半年以上仍不能稳定。
3.围岩的四周来压、底鼓明显
在较坚硬岩层中,围岩对支架的压力主要来自顶板,中硬岩层围岩对支架的压力来自于顶板和两帮,但在松软岩层巷道中则四周来压、底鼓明显。
松软岩层,由于结构疏松、强度低,很难支撑上覆岩层的重量,围岩在自重地压()的作用下,以垂直变形为主,垂直变形中又以底鼓为主。
底鼓明显是软岩巷道的重要特征,如果巷道没有底鼓或底鼓不明显,围岩就不是软岩。
如烟巷道四面来压,如果底板不支护,将出现一个支护结构的薄弱带,巷道破坏首先就是从不设防的底板开始,又因底鼓导致两帮移近和失脚,知道片帮冒顶,巷道全部破坏。
4.围岩遇水膨胀、变形加剧软岩一般都含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石,这些岩石遇水后软化,体积急剧膨胀,因而变形也更剧烈,产生很大的膨胀压力。
5.普通的刚性支护普遍破坏
软岩巷道变形量大、持续时间长,普通刚性支护承受的变形压力很大,施工后很快就发生破坏,必须再次或多次翻修后巷道才能使用。
这是刚性支护不适应软岩巷道变形规律的必然结果。
软岩巷道支护支护困难原因分析
1.岩层程艳年代晚,胶结程度差
2.岩石强度低
3.节理发育,岩体破碎
4.围岩应力水平高
1)
巷道埋深大
2)
构造应力大
3)
集中应力作用
5.岩石吸水膨胀
软岩分类
普式岩石分级法
最早给岩石进行系统性分级的是俄国学者M.M普罗托吉亚科诺夫于1907年提出来的,简
称普式分级法。
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也称为普式系数。
普式岩石分级表
级别
坚固性程度
岩石性质
坚固性系数?
I
最坚固的岩石
很坚固,最致密的石
央岩及玄武岩。
其他
最坚硬的岩石
20
n
很坚固的岩石
很坚固的花岗岩类:
石英斑岩,很坚固的花岗岩,硅质片岩;坚固程度较I级岩石稍差的石英岩;最坚固的砂岩及石灰岩
15
出
坚固的岩石
花岗岩(致密)及花岗岩类岩石;很坚固的砂岩及石灰岩;石英质矿脉,坚固的砾岩;很坚固的铁矿石
10
川a
坚固的岩石
坚固的石灰岩;不坚固的花岗岩;坚固的砂岩;坚固的大理岩;白云岩;黄铁矿
8
IV
相当坚固的岩石
一般的砂岩;铁矿石
6
IVa
相当坚固的岩石
沙质页岩;泥质砂岩
5
V
坚固性中等的岩石
坚固的页岩;不坚固的砂岩及石灰岩;软的砾岩
4
Va
坚固性中等的岩石
各种(不坚固的)页
3
岩;致密的泥灰岩
相当软的岩石
软的页岩;很软的石灰岩;白垩;岩盐;石膏;冻土;无烟煤;普通泥灰岩;破碎的砂岩;胶结的卵石及粗砂粒;多石块的土
2
Wa
相当软的岩石
碎石土;破碎的页岩;
结块的卵石及碎石;坚固的烟煤;硬化的粘土
1.5
vn
软土
粘土(致密的);软的
烟煤;坚固的表土层;
粘土质土壤
1.0
Wa
软土
轻砂质粘土(黄土、
细砾石)
0.8
vrn
壤土状土
腐植土;泥炭;轻亚
粘土;湿砂
0.6
IX
松散土
砂;小的细砾石;填
方土;已采下的煤
0.5
X
流动性土
流砂;沼泽土;含水黄土及其他含水土壤
0.3
普式岩石分级法将岩石分为X级,其中的第a级定为相当软的岩石,我国许多矿山的科技工作者也认同?
v2〜1.5以下的岩石为松软岩层。
我国支护专家对煤矿软岩的分类
软岩巷道支护专家组初步将软岩分为:
低强度软岩、膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩
和复合型软岩
软岩巷道支护专家组建议的软岩综合分级
级别
主要指标
单轴饱和抗压强
度(MPa)
干燥饱和吸水率
(%)
完整系数Kv
软化深度系数
较软岩
15〜30
V20
0.55〜0.38
1.0〜1.3
软岩
5〜15
20〜25
0.38〜0.15
1.3〜2.0
极软岩
V5
>50
V0.15
>2.0
巷道支护围岩松动圈分类表
围岩类别
分类名称
围岩松动圈
支护机理及方式
备注
软岩巷道界限的判别
(1)按岩石的坚固性判别
在地质柱状图中,如果巷道穿过的岩层的普式系数?
v2〜1.5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中,如果巷道穿过的岩层中,含有大量的高岭土、伊利石、蒙脱石及其混合物(一
般含量大于15%〜20%)可视为膨胀性松软岩层。
如果该岩层处于巷道底板,应该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,可以认定该巷的岩层时属于软岩
的范畴,应按软岩支护的要求进行设计和施工。
(4)按围岩松动圈得大小判别
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支护范畴,要按软岩支护进行设计和施工。
(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。
矿井深部,虽然岩体本身绝对强度比较高,但在大埋深、大地应力作用下,也会发生类似软岩
的问题,即围岩压力大、维护困难。
因为地应力场引起井巷周边产生应力集中,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表示,即
C=Ri/(丫•H)<2〜3
式中
Ri――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。
丫一一上覆岩石的平均容重
H――巷道埋深
凡符合此条件的岩层属软岩。
在深井中,尽管围岩强度大,当矿井到达临界深度H0时,C
<2〜3,进入深矿井软岩大地压难支护的范畴。
反之,浅井,但围岩强度低,CW2〜3时,
也会出现难支护的问题。
软岩矿井临界深度
围岩种类
R1(MPa)
Y(g/cm3)
H(m)
C(R〃(y•H))
煤系地层砂岩
60
2.5
800〜1200
W2〜3
煤系地层页岩
30
2.5
400〜600
W2〜3
第三系砂岩泥岩
6
2.0
100〜150
W2〜3
第三章软岩巷道的支护原理
如上图,可以清楚的看到围岩以自承能力为主的稳定过程。
(1)在0~2.5m范围内,C、「值大幅度下降,松弛变形十分明显,这范围即我们常说的松动圈(或叫松弛带)
(2)在纵深2.5~6m范围内,围岩处于压缩状态,出现压密区,这是围岩开始向稳定方
向转化的重要标志。
这个压密区形成承载圈,一方面对6m以外围起支撑作用,另
一方面对松弛带起保护作用。
(3)在6~9m区段范围,围岩初期压缩状态逐渐转变为后期膨胀状态,并且应变值收敛稳定在0.008左右。
(4)在9~12m区段范围,围岩由后期膨胀状态逐渐转化为后期压缩状态。
总的趋势仍是
压缩、膨胀交错产生,并随深度增加逐步衰减。
总之,在围岩纵深12m范围内最终出现两个压密区,一个膨胀去,一个松弛区。
压密区
实际上是承载圈,支撑着绝大部分地应力,它在围岩稳定过程中起着关键作用。
软岩巷道支护原理
松软岩层巷道支护的着眼点应放在充分利用和发挥自承能力上。
支护原理是:
根据岩层不同
属性,不同地压来源,从分析地压活动基本规律入手,运用信息化设计方法,设支护体系和施工工艺过程不断适用围岩变形的活动状态,以达到控制围岩变形,维护巷道稳定的目的。
1.综合治理
对松软岩层巷道支护,必须树立综合治理的观念,方可达到预期效果,主要应考虑一下几个
方面:
(1)巷道位置的选择,最好是选在工程地质条件好,工程量又少的地段,并注意避免空间效应;巷道轴线方向和最大主应力方向平行或小角度相交。
(2)巷道断面形状要适应地应力分布特点,一般应是巷道周边圆滑,防止应力集中,设计的断面尺寸要考虑变形后断面尺寸的要求。
(3)施工工艺,应尽量减少对围岩的震动,并应及时封闭围岩,防止风化。
(4)巷道底板和水的治理,对巷道整体稳定性具有重要意义,在采用底板注浆或打锚杆办法来提高其自身强度,采用疏水、导水措施确保工作面及整个巷道不存水。
(5)支护结构、参数、施工工艺要密切注意和围岩变形状态相匹配。
2.联合支护
根据松软岩层特征,巷道支护一般需分次进行。
巷道开挖,围岩暴露后,立即进行第一次支护,即使封闭围岩,使围岩尽可能减少其强度损失,防止有害的松散状态发生,以后再根据情况,适时的进行二次或多次支护。
支护形式,目前,发展趋势是以锚喷支护为主的联合支护方式。
在松软岩层巷道维护中,锚喷支护作为一次支护已被公认;二次支护可用锚喷网,也可用金属可缩性支架,还有采用整体混凝土支护。
实践证明,以锚喷为主的联合支护体系对松软岩层的维护有较好的适应性。
3.长期监控
围岩变形是围岩力学形态变化最直接体现。
它不仅直接反映了地压规律,而且也是松软岩层用来分析判断围岩稳定程度的可靠手段。
松软巷道支护的原则
一、鉴别软岩类型
就总体而言,软岩可分为膨胀性软岩、碎胀性软岩和兼有以上两种情况的复合型软岩三种情
况。
膨胀性软岩,围岩变形以岩石的吸水膨胀变形为主,支护对象主要是膨胀性变形,支护的首要任务是防水、治水。
将潮湿空气与围岩隔离开来,防止围岩风化、潮解、,减少岩体强度的降低。
对于这类软岩,支护的阻力并不是一定要很大,如若治水得当,松动圈又不大,软岩也能转化为较易支护的围岩。
碎胀性软岩是由于围岩应力超过岩体强度许多,产生了比较大的松动圈所致。
支护的主要对象是围岩的剪胀变形,松动圈越大,剪胀变形越大,支护越困难,须采用具有较高支护阻力的可缩性支架。
复合型软岩,既有围岩的吸水膨胀性变形,又产生了较大的松动圈,剪胀变形和岩石的吸水膨胀性变形都比较大,支护对象是二者之和,须采用防水和强力可缩性支护措施;复合型软岩巷道施工之后一定要加强维护,因为子啊剪胀变形作用下,一般用来防水的喷层很快就会开裂破坏,必须及时补喷防水,这与碎胀型软岩的要求略有不同。
膨胀性软岩的鉴别:
利用仪器分析测定岩石的矿物成分和膨胀性,岩石干燥饱和吸水率等指
标。
现场简易鉴别
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- 支护 指南