松软(破碎)岩层巷道支护问题探析

添加人：admin 发布时间：2015/11/12 8:45:40 来源：中国破碎机网

　　煤矿开采松软（破碎）岩层巷道支护问题探析王世潭（福建龙岩学院资源工程系，福建龙岩364012）对松软（破碎）岩层进行分类，并对其围岩变形、破坏机理以及对巷道支护关系进行分析，提出流变岩体、弹塑性变形膨胀碎胀岩体、高地应力碎胀岩体中巷道支护的方式，对松软（破碎）岩层巷道支护有一定价值。
　　松软岩层；围岩变形；巷道；支护方式巷道的稳定不仅与岩石的矿物成分、物理力学性能、化学特性、岩体结构、地质构造、水文情况等有关，而且与巷道位置、断面形状及大小、支护方式、施工工艺、施工顺序、施工质量等均有很大关系。特别是在地压较大的深部地层或松软（破碎）岩层中进行巷道的施工与维护，技术更复杂，难度更大。
　　松软（破碎）岩层具有松、散、软、弱4个特点。/松“，主要指岩石结构疏松，密度小、孔隙度大；/散”，主要指岩石胶结程度差或未胶结的颗粒状岩层；/软“，则指岩石强度很低，塑性大或黏土矿物易膨胀的岩层；/弱”，则主要指岩体受地质构造破坏，形成许多弱面，易滑移冒落的不稳定岩层。
　　在松软（破碎）岩层中施工巷道，掘进相对容易，但维护却极其困难。研究松软（破碎）岩层巷道支护问题，探求行之有效的支护对策，有着广泛而现实的意义。
　　1松软（破碎）岩层变形破坏机理分析松软（破碎）岩层主要包括一些流变岩体及含有大量强膨胀黏土矿物，特别是含钠蒙脱石等的泥岩，黏土岩、页岩等弹塑性变形膨胀碎胀岩体；以及受地质构造应力影响而变形的碎胀岩体，包括断层破碎带及附近的岩体。
　　流变岩体出现塑性变形后，在应力不增加的情况下，随时间的增长，变形持续增加，变形量大，变形连续但不断裂，岩体强度低，围岩长期不容易稳定。如吉林梅河、舒兰等矿区的一些岩体。
　　弹塑性变形膨胀碎胀岩体中开挖巷道，岩体与外界接触，受风化潮解的影响，含强膨胀黏土矿物的岩体不断膨胀碎胀，巷道围岩呈弹塑性变形，持续时间长，变形量大，若同时受构造应力或水的影响，膨胀更剧烈，变形量更大。如舒兰、龙口、茂名等矿区的一些岩体。
　　高地应力碎胀岩体的特点是岩石的强度高，坚硬、致密，不含膨胀性黏土矿物，由于受构造应力的影响，节理、裂隙发育。巷道开挖后，应力重新分布，加上原有构造应力的影响，围岩出现大变形，大位移，岩体呈碎性膨胀。如淮南、淮北、阜新等矿区的一些岩体。
　　2松软（破碎）岩体中巷道支护类型选择在松软（破碎）岩体中开拓巷道，由于围岩本身情况复杂，巷道破坏的机理不同，巷道破坏的显现和对支架类型的要求不同，给巷道维护工作带煤矿开采来很大困难，采用传统支护方式很难保证支护效果，应对松软（破碎）岩层进行研究，结合具体的工程实践，有针对性地选择相应的支护方式。
　　在松软（破碎）围岩中进行巷道支护，设计时应预先确定支架的支护结构及支护能力，以支架的可缩性或支架与围岩形成一个共同体等方式来维护巷道空间，用支架结构来调整围岩变形和位移，充分让围岩/有限制地变形，释放有害的能量，躲避应力高峰“，使巷道支护在技术上更科学，经济上更合理，安全上更有保障。
　　2.1流变岩体巷道的支护因流变岩体贮存着巨大的变形破坏能，从巷道围岩四周向巷道空间挤压，造成巷道压力巨大，维护困难，采用条带碹支护能较好地解决这一问题。
　　条带碹是一种支、让结合的支护方式，施工时沿巷道采用料石或混凝土块砌筑1.8~ 2cm长的碹体（条带），留0.4~0.6m宽度空着不砌，形成释放能量的/卸压通道“，允许顶、帮向巷道空间方向挤出，改善条带砌体上的受力，从而保持了巷道的稳定。
　　例如，在福建的铅坑煤矿+大巷的维护实践中，对砌碹体支护作了技术上的改进，收到良好的支护效果，其主要措施有：对地基不实的砌碹体支护，地基采用浇筑0.4mx0.4m地梁并埋入2条旧钢轨，目的是把砌墙传来的载荷及自重均匀传递给底板，使整个碹体受力均衡；在砌碹体的墙与拱的接口处，埋入0.枕木，加大了碹体支架整体的可缩量，进一步释放了围岩的有害能量，从而提高了砌碹体的稳定性；在砌体后用砂子炉渣等缓冲物质充填围岩空隙，改善了砌碹支护效果。
　　除条带碹外，U型钢支架因其在接头处用螺栓卡缆锁紧，一方面具有承载能力；另一方面外载荷超过U型钢接头的摩擦阻力时，有较大的可缩性，因而能较好地解决流变岩体巷道的支护问题。
　　2.2弹塑性变形膨胀碎胀岩体巷道的支护由于棚式支架无法封闭围岩，致使这类围岩因风化、潮解而膨胀碎胀，使支架损坏，造成巷道扭曲，变形严重，甚至影响机车运行，人员行走的安全，经常性地更换支架，维修巷道给矿井生产及成本必带来很大影响。对膨胀性软岩巷道的支护，其支护结构应有/先柔后刚“的特性，一般需要二次支护。锚喷（网）联合支护是一种比较理想的初始支护结构，它既是一种主动支护形式，支架和围岩形成一个很好的整体，共同发生作用，发挥了围岩自承的能力，同时喷浆能封闭围岩，防止围岩风化、潮解，使膨胀性围岩变形、碎裂程度大大减轻。例如，吉林省舒兰矿区为第三纪中新统含煤地层，围岩均属松软岩层，以未胶结疏松含水砂岩为主，其次为未胶结的粉砂岩遇水呈片状崩解，黏土质页岩具有塑性膨胀的特点，吉林煤研所针对矿区围岩特征和矿压显现规律，进行了长期的现场观测和研究，在舒兰矿区软岩地层中采用锚喷网支护巷道取得很好效果，解决了巷道维护困难、碹体破坏严重、底鼓现象明显、返修率高的难题。
　　二次支护应在围岩地压得到释放，初始支护与围岩组成的支护系统基本稳定之后进行。围岩变形趋于稳定的时间，不仅取决于岩层本身的物理力学性质，而且与初始支护的刚度密切相关，因此它的变动范围往往很大。为了保证二次支护的效果，最好是进行围岩位移速度和位移量的测量，并绘出相应的变化曲线，待位移速度和位移量的峰值下降后作为二次支护时间比较稳妥可靠。
　　23高地应力碎胀岩体巷道支护在岩层中开挖巷道，将扰动岩石介质，破坏围岩原有的三向应力平衡状态，使应力重新分布。这一过程中，岩石内应力和强度发生变化，产生岩石应力、应变的转移或集中和强度的减小，围岩发生变形破坏，并围绕开挖空间形成环状，即产生围岩松动圈。在原始构造应力较大的围岩中开掘巷道，受构造应力叠加影响，松动圈的发展更快，影响范围更广。这就要求支护结构要有足够的可缩量和支承强度，对围岩的封闭性要求却不高。淮南、淮北矿区采用U型钢可缩性支架，收到了良好的效果。
　　当地压特别大时，也可采用联合支护及二次支护。
　　在金川矿区采用锚喷（网）支护作为初始支护，在巷道开挖时，采用控制爆破，减轻对围岩的破坏，保证巷道有较规则的断面形状，也较好地解决了该矿区地应力大，岩体松散和内向挤压，围岩变形量大的问题。该矿区有的巷道处于断层破碎带，采用锚喷效果不好，虽曾经多次修复仍不能稳定，此时先采用注浆固结围岩，然后用锚喷网或用料石砌碹修复，支护取得了成功。
　　3加强巷道底板管理软岩巷道，特别是在具有膨胀性围岩中开掘巷道，底鼓现象经常发生。分析一些软岩巷道屡遭破坏的原因，大多与底鼓现象有关。防止底鼓的措施主要用砌块砌筑底拱，有时也采用锚杆加固。底拱（下转76页）煤矿开采给工作面创造良好的开采条件；（4）打开九采轨道下山四号联络巷风门上的风窗，对工作面两端头进行降压；（5）要求工作面加强放炮管理，不要重复放炮，保持风流稳定；出CO浓度与时间关系曲线，做到早期预测预报；（7）在溜头溜尾处各安设1台阻化泵，向采空区内喷洒阻化剂，对采空区隔氧降温；（8）在上下巷道关门柱处各打设一道沙墙，长5Cm、宽3m，用麻袋封装，形成一道屏障，隔断内外风流，缩小氧化带的宽度。
　　通过采取以上措施，有效地控制了高温点的发到4月28日工作面上隅角及回风巷风流中CO无上升趋势，稳定在1010-6左右。
　　4经验及教训931下分层切眼与上分层停采线之间留设了5m煤柱，此煤柱为自然发火留下了隐患。如果下分层的切眼布置在上分层采空区下，也许不会在上分层停采线出现高温点。
　　要坚持正规回采，避免在采空区留下任何不必要的煤柱，特别是要避免将走向长壁工作面沿走向在其中部另开切眼，形成2个工作面回采的不规范做法。否则，在开采过程中会向另一工作面采空区大量漏风，开采后会在采空区留下孤岛煤柱，此处往往是煤炭自燃的发源地。
　　5结束语以上采取的措施成本低，见效快，为特殊地质条件下的工作面防灭火积累了一套成功的经验，既保证了此工作面的正常回采，圆满地完成了当年的生产任务，又保证了采煤工作面的正常接续，不管是产生的经济效益，还是安全效益都是非常显著的。
　　I责任编辑：崔德仁丨（上接54页）的安置时间视巷道支护方式而定，若采用砌碹作为二次支护，则按先底拱，后墙，最后砌拱的顺序施工，一次完成；若用锚喷支护作初始支护，则可在初始支护完成一段时间，底板应力得以充分释放之后再砌筑底拱，与二次支护同时完成为好。砌筑底拱时应使底拱两端压入墙下，与墙联为一个整体。
　　此外，对于松软岩层锚喷巷道的支护，应重视围岩的测量监控工作，通过测量顶板下沉量和底鼓量、位移速度等，有助于评价围岩的稳定程度，论证各支护设计参数的合理性及效果，同时也是修改设计和确定二次支护时间的依据。
　　4结束语目前，除流变岩体中可用条带碹或U型钢可缩性支架，高地应力碎胀岩体也可用U型可缩性支架外，其他各类地压所引起的巷道围岩膨胀、位移、变形均可采用以锚喷为主体的联合支护，配合二次支护方式来处理，这是在松软（破碎）岩层中巷道支护的有效形式。只要在支护设计时注意支架形式及支护参数的选择，在施工中注意施工质量及适时地跟上二次支护，松软（破碎）岩层中巷道支护问题，不仅可以解决，而且可以进一步优化，使支护体系更经济合理。
　　（上接62页）钻屑法孔壁破坍失稳现象进行了解析分析，计算得到孔壁破坍失稳的临界载荷，并且研究了孔壁失稳与煤体冲击矿压之间的关系。结果表明，孔壁破坍失稳的临界载荷与煤体的材料参数EKU0c有关，与孔径无关。说明孔壁破坍失稳现象与煤体压缩型冲击矿压具有相似性，完全可以进行类比分析，作为现场有效实施钻屑法预测煤巷冲击矿压的学与工程学报，199918（2）：