土木建筑学院课程设计说明书课程名称：地下工程设计题目：新河煤矿-760m暗斜井碎胀软岩支护设计专业(方向)：土木工程（岩土工程）班级：06设计人：王文远指导教师：乔卫国山东科技大学土木建筑学院09年07 月17 日课程设计任务书专业（方向）：岩土工程班级：土木06-1学生姓名：王文远学号： 6一、课程设计题目：新河煤矿-760m暗斜井碎胀软岩支护设计二、原始资料：1、新河煤矿-760m暗斜井工程概况2、地质条件3、巷道破坏状况三、设计应解决下列主要问题：1、巷道破坏机理分析2、支护方案选择3、支护参数设计四、设计图纸：1、巷道支护设计断面图五、命题发出日期：09.7.6 设计应完成日期：09.7.17设计指导人（签章）：系主任（签章）：日期：年月日指导教师对课程设计评语指导教师（签章）：系主任（签章）：日期：年月日课程设计说明书（题目一）1 原始条件1.1 暗斜井工程概况新河煤矿-760水平暗斜井是由济南煤矿设计院设计。

其中回风暗斜井全长851.83m，倾角250；轨道暗斜井全长960m，倾角220；胶带暗斜井全长996m，倾角210；-760m水平三条暗斜井设计断面均为直墙半圆拱形，支护方式为锚带网，其中锚杆直径为18mm、长为2m的等强金属螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，金属网为直径4.5mm、网孔100mm×100mm的冷拔丝焊结而成。

新河矿暗斜井断面图三条暗斜井均于2005年2月16日前后破土动工，现已掘进300m左右。

其中回风和轨道暗斜井破坏最为严重，后经修复之后，目前仍处于不稳定状态。

1.2 地质条件-760m水平三条暗斜井均位于坡刘庄保护煤柱内，其中向北邻近一采区，向东北邻近工业广场保护煤柱，当三条暗斜井即回风暗斜井、轨道暗斜井及胶带暗斜分别到达大约-430、-456和-512水平时，将穿越嘉祥支三大断层，该断层倾角300，落差在120m～600m之间，预计断层附近断裂构造将较为发育，也有可能伴生其它构造，另外，由于对嘉祥支三大断层勘探资料较少，对断层的赋水性、导水性、断层带的宽度、充填状况、胶结程度等还有待于进一步查明，或者当工程快接近该断层时，用打超前钻孔的办法详细查明断层的赋存状况，以便为采取有针对性的措施提前作好准备。

总之，-760m水平三条暗斜井将绝大部分在3煤顶板岩层中掘进，预计到达-750m 水平左右时可能穿过3煤并进入底板岩层中。

1.3围岩状况分析-760m水平三条暗斜井所穿越的岩层从下往上为细砂岩、3煤、粉砂岩、中砂岩、泥岩、细砂岩、泥岩等等，而目前掘进实际揭露的顶底板及围岩却为泥质软岩，平均坚固性系数在3左右，其特征是易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变性能大等特征，这是泥岩类中属于质量最差、最难控制的一类泥质软岩。

根据现场实际观测、岩样初步实验及数码照片的仔细研究，得出了两点初步结论: （1）三条暗斜井目前已揭露的围岩属于标准的不良地层，其特点是：易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变大等特点，对该类围岩有效控制变形难。

（2）三条暗斜井的围岩经过定量的划分，属于Ⅴ类围岩，该类围岩的力学特点是：不稳定、无自稳能力或自稳时间很短；其破坏方式为：易冒顶、易片帮、易底臌、并随时间的延续会发生较大的塑性流变变形。

1.4 围岩破坏状况-760m水平三条暗斜井几乎是平行掘进，各条掘进进尺大约都在300m左右，比较这三条暗斜井围岩破坏状况可以发现，胶带暗斜井围岩破坏状况稍轻，回风暗斜井和轨道暗斜井破坏状况却极为严重，后经修复加固之后，目前仍处于极不稳定状态。

目前暗斜井的破坏状况如图1—图4所示。

图1 –760m水平回风暗斜井距掘进工作面5m处顶板破坏状况图2 –760m水平回风暗斜井掘进工作面泥岩结构状况图3 –760m水平回风暗斜井右帮围岩破坏状况图4 –760m水平回风暗斜井底臌及侧帮破坏状况根据现场的实际考察和对图1～4的分析研究，暗斜井围岩的破坏状况具有以下特点：（1）爆破后，若支护不及时，顶板岩层便发生大面积的冒落，其冒落高度还有待于进一步观测。

图2～3为顶板岩层在及时支护的情况下，在不到几天的时间里，顶板便发生了严重变形，下沉量达半米之多，同时还出现了喷层剥落及钢筋裸露等现象，并伴有3～5cm宽的顶板断裂缝隙，断缝深度有待测试。

（2）两帮变形也极为严重，在没有及时支护的情况下，将出现大面积的塌落或滑塌。

图4为及时支护之后两帮的变形和破坏情况，虽然没有出现大面积的整体滑塌现象，但却出现了向临空间的整体移动，使得两帮的相对移近量近一米，这样已严重影响了行人安全和设备的正常运转。

（3）底板变形破坏极为严重，即底臌量大，截止到目前为止，底板累计底臌量已达近一米，出现了道轨扭曲，行人台阶松动变位等现象。

图5为最近卧底之后在不到几天的时间里所表现出现的破坏状况，可见底板变形仍处于极不稳定状态，并随着时间的延续还在继续发展，其性质具有塑性流变性。

总之，-760m水平暗斜井无论是顶板、底板、还是两帮其矿压显现都极为严重，这种矿压显现将不同于一般的矿压显现，它还具有随着时间的延续而表现出来的塑性流变性。

所以，针对这种特殊性质的矿压显现，必须采取一种特种支护体系，才能长期而有效的控制住暗斜井变形破坏。

2 巷道破坏机理分析2.1岩体自身属性2．1．1软弱破碎围岩的定义和力学属性[1]对于软弱围岩，一般来说通常可以分为地质软岩和工程软岩，地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层；工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。

地质软岩强调了软、弱、松、散的地质特点，而工程软岩强调软岩强度和工程力荷载的对立统一，揭示了软岩的相对实质，即取决于工程力和岩体强度的相互关系。

根据原始地应力条件的分析，新河煤矿地区的岩体其特征是易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变性能大等特征，这是泥岩类质量最差、最难控制应该属于地质软岩、V类围岩、塑性围岩。

2.1.2围岩变形破坏特征（1）变形破坏方式多变形破坏方式一般有顶底板下沉、坍塌、片帮和底鼓等，围岩表现出强的整体收敛和破坏，变形破坏方式既有结构面控制型，又有应力控制型，以应力控制型为主。

（2）变形量大拱顶下沉大于10cm，不到几天的时间下沉量达到0.5米，两帮挤入20~80cm，相对移近量近一米，底鼓强烈累计底鼓量已达近一米。

（3）变形速度高软弱破碎围岩初期收敛速度快，在使用施工常规的喷锚支护以后，围岩的收敛速度仍然很快，而且其变形收敛速度降低缓慢。

（4）持续时间长由于软弱破碎围岩具有强烈的流变性和低强度，巷道掘进后，围岩的应力重分布持续时间长，围岩变形破坏持续时间很长。

（5）围岩破坏范围大由于软弱破碎围岩的强度与地应力的比值很小，因而围岩的破坏范围大，特别是当支护不及时或支护不及时。

（6）变形破坏位置不一在巷道周边不同部位，变形破坏程度不同，这反映了软弱破碎围岩所处的地应力的强度因方向而异，而且岩体具有强烈的各向异性。

变形破坏在方向上的差异性往往导致支护结构受力不均，在支护结构中产生巨大的弯矩，这对支护结构稳定是非常不利的。

（7）来压快软弱破碎围岩变形收敛速度高，在很短时间内，围岩即与支护结构接触，产生压力。

围岩与支护结构相互作用后，围岩变形破坏并不立即停止，而是继续下去，这是因为围岩具有流变性，在围岩流变过程中，围岩的强度降低，因此，地压随时间而逐步增长。

2.2围岩变形、破坏的影响因素影响巷道围岩变形的因素很多，总体分为地质因素和非地质因素两种类型。

地质因素是影响围岩变形和稳定的基本的决定性因素，主要包括巷道埋深、围岩强度、地下水、岩体结构及裂隙分布、围岩地应力、岩层倾角、特殊地质条件和时间的影响等。

非地质因素是通过地质因素作用而起作用的，主要包括：巷道断面、巷道布置、巷道爆破方式、支护设计不合理的影响。

2.2.1地质因素的影响[2]（1）巷道埋深巷道埋深是确定巷道围岩稳定性的基本因素之一，直接决定自重应力的大小。

当巷道围岩处于弹性状态时，围岩变形量不大，围岩变形量与自重应力即巷道埋深成线性关系。

随着矿井开采深度的加大，岩体强度明显降低，围岩移近量将不断增加。

由于采深增加，巷道周边的集中应力超过了围岩的自身强度，致使巷道变形加剧，巷道周边塑性区范围扩大，从而使巷道塑性区范围内岩石内聚力和内摩擦角迅速下降，引起巷道失稳。

此外，巷道埋藏深度增加，使地温升高。

而温度升高会促使岩石由脆性向塑性转化，也容易使巷道围岩产生塑性变形。

因此，巷道维护更加困难。

（2）围岩强度岩石块体自身质量的好坏表现在它的强度、变形和均一性方面，其中强度是最主要的，所以围岩强度是决定巷道变形与破坏的主要因素。

存在软弱岩石或膨胀性岩石的巷道，不仅变形与破坏的速度加快，而且变形与破坏的形式也趋于多元化。

统计资料表明，在－500m水平以下，软岩巷道的破坏率占56%，而在所有变形破坏巷道中，软岩巷道占84%。

（3）地下水地下水对软弱破碎围岩稳定变形的影响分为四个方面：一是对透水围岩来讲，洞室开挖形成的临空面成为地下水的排泄通道，在洞周围产生渗压梯度，在围岩中产生指向洞内的推动力。

二是由于静水压力作用，饱和水部分岩体中有效压应力减小，其应力状态趋于恶化，其抗剪强度减小。

三是围岩内的水降低了结构面摩擦系数和粘聚力。

四是地下水溶解、搬运矿物颗粒或同矿物成分发生化学作用，使围岩强度进一步恶化。

（4）围岩地应力地应力主要有自重应力和构造运动产生的或者残留的应力两种，其对巷道的稳定主要看最大主应力与最小主应力的差值；主应力大小、方向；各主应力构成特征如何、以及主应力与工程相对方位，与岩层主要节理的夹角而定。

在软弱破碎围岩中应力重分布后会产生较大的塑性区及松动区，引起围岩随时间而增大的大变形和挤压破坏。

在洞顶表现为塌落，在侧帮产生挤压和片帮破坏，在底板产生底鼓等。

（5）特殊地质条件当巷道穿过断层破碎带、强风化带、岩溶地区时，巷道围岩变形大，稳定性差而难以维护，在这种地质条件下，往往地下水活动强烈，有强烈的地压现象，围岩属松软破碎的散体结构。

一般来讲，强烈挤压的断层破碎带，紧密褶皱带和较宽的张性断裂以及几条断层交会的地带，是工程不良地质地段。

（6）时间的影响软弱破碎围岩变形和失稳破坏往往是经过一段时间后开始显现，这主要是由于围岩流变性质决定，即围岩的蠕变和松弛现象。

另外时间的增长加剧了围岩的弱化过程，使围岩变形增加、塑性或松动区扩大。

2.2.2非地质因素的影响（1）巷道断面巷道断面的大小与巷道围岩变形量有密切关系。

即巷道宽度增加，顶底板移近量增加；巷道高度增加，两帮移近量也增加。

（2）巷道布置巷道布置于采动影响带，受采动影响，巷道变形明显加快。