對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

2013年6月8日山東能源龍礦集團(tuán)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)匯報(bào)內(nèi)容一、軟巖的概念對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)二、龍口礦區(qū)的工程地質(zhì)概況

三、龍口軟巖巷道破壞特征

四、龍口礦區(qū)高膨脹軟巖巷道支護(hù)對(duì)策五、龍口礦區(qū)高膨脹軟巖控制技術(shù)六、軟巖治理下一步工作思路第一部分軟巖的概念

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)軟巖目前尚無(wú)統(tǒng)一定義，一般來(lái)講是軟弱、破碎、膨脹、流變、強(qiáng)風(fēng)化及高應(yīng)力巖體的總稱。軟巖是一種特定環(huán)境下具有顯著塑性的復(fù)雜巖石力學(xué)介質(zhì)，一般以單軸飽和抗壓強(qiáng)度衡量，即Rc值從3—25（30）Mpa。圍巖松動(dòng)圈厚度大于1.5米的圍巖，稱為軟巖。軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)軟巖可分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖兩大類別。地質(zhì)軟巖指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖，是天然形成的復(fù)雜的地質(zhì)介質(zhì)；工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。工程軟巖強(qiáng)調(diào)軟巖所承受的工程力荷載的大小，強(qiáng)調(diào)從軟巖的強(qiáng)度和工程力荷載的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系中分析、把握軟巖的相對(duì)性實(shí)質(zhì)。根據(jù)軟巖特性的差異及產(chǎn)生顯著塑性變形的機(jī)理，軟巖可分為4大類，即膨脹性軟巖、高應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖和復(fù)合型軟巖。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)膨脹性軟巖表2-3膨脹性軟巖分級(jí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)膨脹性軟巖蒙脫石含量(%)干燥飽和吸水率0(%)自由膨脹變形量(%)弱膨脹性軟巖<10<20>15中膨脹性軟巖10~3020~5010~15強(qiáng)膨脹性軟巖30>50<10根據(jù)高應(yīng)力類型的不同，高應(yīng)力軟巖可細(xì)分為自重應(yīng)力軟巖和構(gòu)造應(yīng)力軟巖。高應(yīng)力軟巖根據(jù)應(yīng)力水平分為3級(jí)，即高應(yīng)力軟巖（25-50MPa）、超高應(yīng)力軟巖（50-70MPa）和極高應(yīng)力軟巖（>75MPa）。工程軟巖和地質(zhì)軟巖的關(guān)系是：當(dāng)工程荷載相對(duì)于地質(zhì)軟巖（如泥頁(yè)巖等）的強(qiáng)度足夠小時(shí)，地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生軟巖顯著塑性變形力學(xué)特征，即不作為工程軟巖，只有在工程力作用下發(fā)生了顯著變形的地質(zhì)軟巖，才作為工程軟巖；在大深度、高應(yīng)力作用下，部分地質(zhì)硬巖（如泥質(zhì)膠結(jié)砂巖等）也呈現(xiàn)了顯著變形特征，則應(yīng)視其為工程軟巖。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)第二部分龍口礦區(qū)的工程地質(zhì)概況

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)龍口礦區(qū)成煤于新生代古近系，含煤地層巖性多為泥巖、粘土巖、含油泥巖，炭質(zhì)頁(yè)巖和膠結(jié)松散的砂巖。巖層單軸抗壓強(qiáng)度5.3～44.3Mpa，大部分小于20Mpa，內(nèi)摩擦角26.3°～32°。節(jié)理裂隙發(fā)育，松散破碎。大部分巖層中含有蒙脫石（最高68.4%）、高嶺土等膨脹性礦物，易吸水崩解，膨脹性強(qiáng)（最高245%）。圍巖自穩(wěn)時(shí)間短，具有顯著的流變特性，屬典型的“三軟”地層，圍巖（煤）突出表現(xiàn)為“三怕”，即怕震動(dòng)、怕風(fēng)化、怕水浸，給巷道施工和支護(hù)帶來(lái)很大困難。

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層為煤1油2、煤2、煤4（見(jiàn)下綜合柱狀示意圖），根據(jù)多年來(lái)的井巷工程實(shí)踐，煤1油2的工程穩(wěn)定性最好，煤2層次之，煤2頂板含油泥巖、煤4層底板8米下炭質(zhì)泥巖和斷層破碎帶最不穩(wěn)定，巷道極難維護(hù)。特別是隨著深度的增加，軟巖具有的松、散、軟、弱四種屬性表現(xiàn)的極為突出，其崩解性快、流變性強(qiáng)、脹縮性大、觸變性敏感，對(duì)井巷工程的損害與破壞十分嚴(yán)重。

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)自礦區(qū)開發(fā)以來(lái)，巷道支護(hù)一直是礦井正常生產(chǎn)的一個(gè)突出課題，礦區(qū)建設(shè)初期（90年代以前），采用錨噴支護(hù)和料石砌碹支護(hù)方式，基本上解決了淺部地層巷道的支護(hù)問(wèn)題，但隨著開采深度的增加、開采范圍的擴(kuò)大和開采方式的改變，軟巖的屬性越發(fā)突出，巷道支護(hù)變得十分困難，成巷后，巷道壓力顯現(xiàn)突出、變形速度快、變形量大、返修工程量大、成本增加，對(duì)正常的安全生產(chǎn)帶來(lái)許多隱患、影響經(jīng)濟(jì)效益。目前，北皂煤礦海域、梁家煤礦六采區(qū)、洼里煤礦十二采區(qū)的工程地質(zhì)條件十分惡劣，支護(hù)問(wèn)題非常突出。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)綜合柱狀示意圖第三部分龍口軟巖巷道破壞特征

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

總結(jié)建井以來(lái)巷道破壞特征，主要表現(xiàn)為三種形態(tài)123流變破壞型

膨脹破壞型

擾動(dòng)破壞型對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

第一種類型流變破壞型：

這種破壞形式最常見(jiàn)，巷道整體或局部緩慢變形，即使不受其它因素?cái)_動(dòng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，巷道仍會(huì)發(fā)生破壞。其原因是巷道圍巖持續(xù)變形，支護(hù)體強(qiáng)度及剛度不足，巷道圍巖從錨桿之間的空隙向外突出變形，甚至巷道幫部連同錨桿一起整體外移。巷道返修過(guò)程中可以看到，破除的圍巖層面沒(méi)有空隙，卻出現(xiàn)不規(guī)則彎曲，是流變的結(jié)果。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

第二種膨脹破壞型：

這種破壞形式主要表現(xiàn)在巷道底鼓方面。主要原因是巷道圍巖揭露后，在短時(shí)間內(nèi)風(fēng)化受水侵蝕，圍巖中含有蒙脫石等礦物質(zhì)膨脹泥化明顯，造成巷道圍巖持續(xù)變形，破壞巷道支護(hù)。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

第三種擾動(dòng)破壞型：

1、巷道之間相互擾動(dòng)破壞

這種類型破壞表現(xiàn)在破壞速度較快，且頻繁發(fā)生破壞。主要有兩種原因造成，一是一條巷道局部失穩(wěn)破壞，其擾動(dòng)造成相鄰段的巷道失穩(wěn)破壞；二是巷道密度過(guò)大而支護(hù)強(qiáng)度相對(duì)不足，造成近距離巷道交替破壞。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)2、施工過(guò)程的擾動(dòng)破壞

這種類型破壞，在擾動(dòng)因素出現(xiàn)后，巷道迅速發(fā)生變形破壞，破壞范圍隨擾動(dòng)因素的不同而不同，且相差很大。主要有三種原因造成：

第一種第二種第三種一是由于工作面開采過(guò)程中動(dòng)壓影響，對(duì)順槽巷道超前擾動(dòng)影響或臨近巷道擾動(dòng)造成破壞；二是巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中炮震及動(dòng)壓影響，造成附近巷道的破壞；三是返修施工對(duì)臨近巷道擾動(dòng)影響造成破壞或破壞加重。

以上三種原因以工作面開采過(guò)程中動(dòng)壓影響最為嚴(yán)重，造成的破壞范圍較大。

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)第四部分龍口礦區(qū)高膨脹軟巖巷道支護(hù)對(duì)策

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

一是早封閉：盡快封閉圍巖和加強(qiáng)水的治理，防止圍巖風(fēng)化抑制圍巖膨脹；

根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合龍口礦區(qū)軟巖的基本特點(diǎn)：松軟、吸水、膨脹。確定支護(hù)的基本要求是有限讓、積極抗、抑制脹。采取的支護(hù)支護(hù)對(duì)策是：

二是有限讓：讓圍巖有限卸壓，從而降低支護(hù)所需強(qiáng)度，最大限度減少支護(hù)投入；

三是適時(shí)抗：當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，防止圍巖或煤體產(chǎn)生過(guò)度變形而降低強(qiáng)度；

四是避免擾：應(yīng)減少或避免對(duì)圍巖的擾動(dòng)而使圍巖弱化和膨脹的加劇。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)第五部分龍口礦區(qū)高膨脹軟巖控制技術(shù)

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

多年來(lái)，針對(duì)龍口礦區(qū)軟巖的特點(diǎn)，在巷道支護(hù)方面進(jìn)行了一系列探索，取得了大量現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和成果，基本滿足了生產(chǎn)需要，為礦區(qū)巷道支護(hù)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)礦區(qū)的安全生產(chǎn)起到了積極促進(jìn)的作用。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)龍口礦區(qū)采取的幾種支護(hù)形式錨網(wǎng)噴支護(hù)形式1對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)2346

錨網(wǎng)噴錨梁支護(hù)形式棚－噴復(fù)合支護(hù)形式及料石碹支護(hù)

柔－剛復(fù)合支護(hù)形式5高強(qiáng)U型鋼棚壁后澆注支護(hù)高強(qiáng)度鋼管混凝土支架支護(hù)

1、錨網(wǎng)噴支護(hù)形式這種支護(hù)形式一般適用于圍巖強(qiáng)度較高的油頁(yè)巖巷道，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況一般頂板掛網(wǎng)，兩幫根據(jù)圍巖狀態(tài)一般不必掛網(wǎng)就能滿足使用要求。圖見(jiàn)下頁(yè)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)2、錨網(wǎng)噴錨梁支護(hù)形式在錨噴網(wǎng)錨梁聯(lián)合支護(hù)形式中，錨桿是支護(hù)的主體，它將松動(dòng)圈內(nèi)的破裂圍巖重新組合起來(lái)形成擠壓加固組合拱，同時(shí)起到懸吊、圍巖補(bǔ)強(qiáng)、減小跨度作用；噴層起封閉圍巖的作用。由于軟巖巷道圍巖變形明顯，通常為了使噴層能適應(yīng)巷道的大變形要求，一般增加金屬網(wǎng)，在錨噴網(wǎng)組合結(jié)構(gòu)拱支護(hù)中抗巷道變形顯得非常重要，尤其是煤巷錨網(wǎng)噴組合支護(hù)作用更為明顯。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

錨梁是基于防止冒頂因素分析提出來(lái)的，軟巖巷道冒頂通常是因頂板巖層沿巷道兩腮向斜上方產(chǎn)生兩條剪切裂隙，以及較大離層大于錨桿錨固長(zhǎng)度，而錨網(wǎng)噴形成的支護(hù)體不足以維持離層覆巖的自重，稍有外力影響，即造成頂板離層覆巖沿兩條剪切裂隙冒落，冒落體多為倒楔狀。錨梁與45°錨固錨桿正好承托阻止了冒頂?shù)陌l(fā)生。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)1錨噴－架棚復(fù)合支護(hù)2錨噴-襯砌復(fù)合支護(hù)

3雙層錨網(wǎng)噴帶返底拱支護(hù)

3、柔－剛復(fù)合支護(hù)形式，分為三種：對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）錨噴－架棚復(fù)合支護(hù)

架棚的種類有木棚、工字鋼梯形棚、槽鋼棚、U型鋼棚。木棚除了臨時(shí)處理冒頂或加固待返修的錨噴巷道外，掘進(jìn)巷道已不再采用木棚支護(hù)。槽鋼棚由于強(qiáng)度較低，不能有效支護(hù)巷道，現(xiàn)已逐漸被代替。工字鋼梯形棚采用11#礦用工字鋼加工而成，多用于巷道加固支護(hù)。U型鋼棚具有強(qiáng)度大、可縮性較好，能較好的適應(yīng)軟巖收斂變形的特點(diǎn)，并且架設(shè)方便，因此錨噴－架棚復(fù)合支護(hù)多用于巷道壓力顯現(xiàn)較大時(shí)的加固及巷道開門口、貫通等臨時(shí)支護(hù)或加固，以及回采工作面臨近停采線時(shí)的回采、準(zhǔn)備巷道的加固，為錨網(wǎng)噴錨梁支護(hù)的必要的補(bǔ)充。

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（2）錨噴-襯砌復(fù)合支護(hù)

錨噴-襯砌復(fù)合支護(hù)是指采用一次支護(hù)錨網(wǎng)噴，二次支護(hù)料石碹或砼灌注支護(hù)，是服務(wù)年限較長(zhǎng)的開拓或準(zhǔn)備巷道常用的一種支護(hù)形式，巷道斷面多設(shè)計(jì)為圓形或馬蹄形，帶返底拱。料石規(guī)格350mm*250mm*（150+180）mm；灌注砼采用C25～C30砼，底拱均采用料石砌筑并鋪抹50mm砂漿，阻隔水對(duì)底板圍巖浸蝕，施工速度慢，該種支護(hù)工藝多用于硐室、采區(qū)上下山、主要回風(fēng)道等服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)的巷道。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（3）雙層錨網(wǎng)噴帶返底拱支護(hù)

為加快巷道掘進(jìn)滿足接續(xù)需求，將錨網(wǎng)噴錨梁支護(hù)技術(shù)拓展進(jìn)入了原來(lái)一直采用復(fù)合支護(hù)的開拓巷道以及回采巷道開門口支護(hù)中。即一次支護(hù)錨網(wǎng)噴支護(hù)，采用雙層Φ4mm金屬網(wǎng)，Φ18L2250mm麻花樹脂錨桿，第二層采用Φ6mm單層網(wǎng)Φ18L2250mm麻花(梁家礦現(xiàn)在用螺紋錨桿)樹脂錨桿。為防止巷道底板見(jiàn)水后底臌，采取了加做料石底拱的方法，對(duì)巷道全封閉支護(hù)。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)4、棚－噴復(fù)合支護(hù)形式及料石碹支護(hù)龍礦集團(tuán)洼里煤礦進(jìn)入十二采深部開采后，壓力顯現(xiàn)明顯，通過(guò)探索實(shí)驗(yàn)，目前回采巷道采用的工字鋼棚噴加料石底拱支護(hù)和料石碹支護(hù)，能夠較好的適應(yīng)其深部地質(zhì)礦壓條件。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)附圖一：工字鋼棚噴加料石底拱支護(hù)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)附圖二：料石碹支護(hù)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)5、高強(qiáng)U型鋼棚壁后澆注支護(hù)龍礦集團(tuán)北皂煤礦海域擴(kuò)大區(qū)屬于極典型“三軟”地層，礦壓顯現(xiàn)極為嚴(yán)重。通過(guò)多年的實(shí)踐，現(xiàn)工作面順槽一般采用高強(qiáng)度U36鋼棚壁后澆注支護(hù)，即在U型棚后采用C20混凝土進(jìn)行澆注充填，澆注混凝土厚度200-300mm，混凝土澆注體與U型鋼棚形成整體，使支護(hù)體受力均勻，避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。同時(shí)U型棚具有可縮性，能夠?qū)崿F(xiàn)“高阻可縮”的效果。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)附圖一：直墻半圓拱形U型鋼壁后澆注支護(hù)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)附圖二：圓形U型鋼壁后澆注支護(hù)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)6、高強(qiáng)度鋼管混凝土支架支護(hù)

與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，在鋼管混凝土支架試驗(yàn)基礎(chǔ)上，擴(kuò)大改進(jìn)鋼管混凝土支架的支護(hù)技術(shù)，在一些特殊層位下（如煤2頂板、過(guò)斷層區(qū)域），工作面外圍聯(lián)絡(luò)巷等地點(diǎn)采用鋼管混凝土支架支護(hù)，提高巷道支護(hù)強(qiáng)度。對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)附圖圓形混凝土鋼管支架壁后澆注支護(hù)第六部分軟巖治理下一步工作思路

對(duì)軟巖支護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)指導(dǎo)思想1）、堅(jiān)持“超前預(yù)測(cè)、綜合治理、因地制宜”的方案論證原則；

1、指導(dǎo)思想2）、堅(jiān)持在