煤矿软岩巷道支护技术
摘要:本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析,概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征,并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题,最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究,具体包括软岩巷道支付的技术关键分析,最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。
关键词:软岩巷道联合支护巷道变形
1 软岩的基本概念
1.1 软岩的基本概念
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。
目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点,同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小,强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
该定义的主题词是工程力、显著变形和工程岩体。
工程岩体是软岩工程研究的主要对象,是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体,包含岩块、结构面及其空间组合特征。
工程力是指作用在工程岩体上的力的总和,它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等;显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用,显著
塑性变形包含显著的弹塑性变形、黏弹塑性变形,连续性变形和非连续性变形等。
此定义揭示了软岩的相对性实质,即取决于工程力与岩体强度的相互关系。
当工程力一定时,不同岩体,强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性,强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性;对同种岩石,在较低工程力作用下,表现为硬岩的变形特性,在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。
1.2 软岩的工程特性
软岩有两个工程特性:软岩临界载荷和软化临界深度,它揭示了软岩的相对性实质。
(1)软化临界深度:与软化临界荷载相对应的存在着软化临界深度。
一般来讲,软化临界深度也是一个客观量。
当巷道的位置大于某一开采深度时,围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护的现象;但当巷道位置较浅,小于某一深度时,大变形、大地压的现象明显消失。
这一临界深度被称为岩石软化临界深度。
(2)软岩临界荷载:软岩的蠕变试验表明,当所施加的荷载小于某一荷载水平时,岩石处于稳定的变形状态,蠕变曲线趋于某一变形值,随时间延伸而不再变化;当所施加的荷载大于某一荷载水平时,岩石出现明显的塑性变形加速现象,即产生不稳定变形,这一荷载称为软岩的软化临界荷载,亦即能使岩石产生明显变形的最小荷载。
当岩石所受荷载水平低于临界荷载时,该岩石属于硬岩范畴;当荷载水平高于软化
临界荷载时,岩石表现出软岩的大变形特性,此时称之为软岩。
2 煤矿软岩巷道支护存在的问题
2.1 软岩巷道变形破坏的特点
(1)软岩巷道的变形呈现蠕变变形三阶段的规律,并且具有明显的时间效应。
初期来压快、变形量大,巷道自稳能力很差,如果不加以控制很快就会发生岩块冒落,直至造成巷道破坏。
如果用钢性支架强行支护而不适应软岩的大变形特性,则巷道也难以维护,造成支架被压坏、巷道垮落。
(2)软岩巷道多为环向受压,且非对称,巷道开挖后不仅顶板变形易于冒落,底板也将产生强烈的底鼓,如果对巷道底鼓不加以控制,则会出现严重的底鼓并导致两帮破坏,顶板冒落。
(3)软岩巷道变形一般随矿井深度加大而增大,不同矿区、不同地质条件下都存在一个软化临界深度,超过临界深度,支护的难度明显增大,且软岩巷道变形在不同的应力作用下,具有明显的方向性。
2.2 软岩巷道支护存在的问题
软岩巷道支护问题,尤其是软岩回采巷道的支护问题,是矿业工程中的一大顽疾,以往对软岩巷道的支护问题,在理论认识和支护方法上
存在一定问题,主要表现在以下几个方面:
(1)围岩变形破坏机理,支护是一个过程,要使这一过程与围岩变形过程相协调,必须充分而深入地研究围岩的变形机理,只有在此基础上,才能选择适当的软岩的支护时机、支护型式以及确定合适的支护参数。
(2)支护对策,软岩巷道与硬岩巷道变形破坏特征不同,应采取适应于软岩巷道的支护对策。
(3)支护参数,支护参数选择是影响巷道稳定性的一个非常重要的因素。
以往对支护参数的选取基本上采用工程类比法。
当工程地质条件简单,此法基本满足要求;当地质条件复杂是不能满足要求的,再加上目前很少有软岩巷道支护成功事例,无法进行工程类比。
对于软岩巷道,单纯的采用常规的锚喷支护、U型钢支架
3 结语
20世纪60年代以后,我国煤矿软岩工程技术在理论、支护技术和设计理论都取得了长足进展,取得了一系列科技成果,为我国煤炭工业发展做出了卓越的贡献。
但是由于各方面原因,我国煤矿软岩技术在理论上、设计上、支护技术及配套设备上仍然存在一些问题。
诸如在软岩工程技术推广方面还有待于进一步加强;项目设计地质资料不足,
工程勘察规范陈旧;对大深度高应力、强膨胀复合型岩体,以及受采动影响后的流变时间效应,支护和围岩相互作用机理的研究仍需深化;软岩地应力测试方法还有待加强等方面。
回顾20世纪软岩工程技术的发展历程,针对世纪之交仍然存在的问题,在大力推广软岩工程技术的同时,进一步加强软岩工程力学的理论研究,从而将软岩工程技术信息化、系统化、产业化。
参考文献
[1]臧明甫.中空注浆锚索在软岩巷道中应用[J].科技创新导报,2011,17.
[2]刘正宾.峻德矿二水平南三区南部皮带巷过F7、F40号断层及软岩支护方式探索[J].科技创新导报,2008,26.。