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围绕深部复杂软岩巷道稳定性控制研究中存在的主要问题,在软岩巷道的变形破坏特征、围岩的变形破坏机理以及深部软岩巷道的稳定性控制等方面进行了系统而全面的研究。基于对深部复杂软岩巷道变形破坏特征与围岩变形破坏机理的研究成果,分别采用“三锚”联合支护技术、“长短锚”联合支护技术以及抗让结合的支护理念,研究确定了深部复杂软岩巷道稳定性控制的合理支护方案。监测数据和分析结果表明,所确定的软岩巷道的稳定性控制方案是合理、有效的,可以保证深部复杂软岩巷道的长期稳定性。
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第 29 卷 第 4 期
2010 年 8 月
Vol .29 No .4
Aug .2010
l8
Journal of Shandong University of Science and Technology
Nat ural Sci enc e
深 部 软 岩 巷 道 变 形 特 性 及 其 控 制 支 护 技 术 研 究
李取生 ,薄福利 ,丁希阳 ,王均双
(山东济矿鲁能煤电股份有限公司 阳城煤矿 ,山东 济宁 272502)
摘 要 :围绕深部复杂软岩巷道稳定性控制研究中存在的主要问题 ,在软岩巷道的变形破坏特征 、围岩的变形破坏
机理以及深部软岩巷道的稳定性控制等方面进行了系统而全面的研究 。 基于对深部复杂软岩巷道变形破坏特征
与围岩变形破坏机理的研究成果 ,分别采用“三锚”联合支护技术 、“长短锚”联合支护技术以及抗让结合的支护理
念 ,研究确定了深部复杂软岩巷道稳定性控制的合理支护方案 。 监测数据和分析结果表明 ,所确定的软岩巷道的
稳定性控制方案是合理 、有效的 ,可以保证深部复杂软岩巷道的长期稳定性 。
关键词 :深部开采 ;软岩巷道 ;变形破坏特征 ;变形破坏机理 ;稳定性控制
中图分类号 :TD325 文献标志码 :A 文章编号 :1672‐3767(2010)04‐0008‐07
Deformation Characteristics of Soft Rock Roadway in
Deep Mines and Supporting Control Technology
LI Qu‐sheng ,BO Fu‐li ,DING Xi‐
y
ang ,WANG Jun‐shuang
(Yangcheng Colliery ,Shandong Jikuang Luneng Coal‐electricity Co .Ltd .,Jining ,Shandong 272502 ,China)
Abstract :This paper presented a systematic and comprehensive study on the main problems about the characteristics
of deformation and failure of soft rock roadways ,the mechanisms of deformation and failure of surrounding rocks
and ,the stability control of soft rock roadways in deep mine ,etc .Some reasonable supporting plans were designed
based on the achievement mentioned before by employing the supporting notion ,i .e .respectively adopting the “three
bolts” combination supporting technique ,“long‐short bolts” combination supporting technique and the technique by
combining the resisting with yielding .The analysis results of monitoring data showed that the plan for controlling the
stability of soft rock roadways was reasonable and effective and good enough to ensure the long‐term stability of
complicated soft rock roadways in deep mines .
Key words :deep mining ;soft rock roadway ;characteristics of deformation and failure ;mechanism of deformation and
failure ;control of stability
收稿日期 :2010‐06‐30
作者简介 :李取生(1968 — ) ,男 ,山东济宁人 ,高级工程师 ,主要从事煤矿生产和管理工作 .
深部极复杂软弱地层巷道与硐室围岩的稳定性分析与控制技术是当今地下工程中最为复杂的难题之
一 ,严重制约着深部矿井开采的高产 、高效 、低耗及安全生产水平的提高 ,阻碍着深部开采的健康可持续发
展 ,威胁着深部矿井企业的生存
[1‐2]
。 阳城煤矿 - 650 m 水平中央变电所 、中央水泵房 、回风石门 、轨道石门
和皮带石门等巷道和硐室矿压显现十分明显 ,巷道顶板大量离层 ,顶板混凝土喷层大范围脱落 ,巷道断面变
形较大 ,底臌明显 ,严重影响了矿井的安全生产 ,因此 ,深部极复杂软弱地层巷道与硐室围岩的稳定性分析与
控制技术的研究具有重要的理论意义和应用价值 。
1 工程地质概况
阳城煤矿位于山东省济宁市汶上县境内 ,设计生产能力为 180 万 t/a ,矿井采用立井加暗斜井的开拓方
式 ,主采水平为 - 650 m 水平 。 - 650 m 水平井底车场位于落差为 100 m 的三 DF49 和落差为 250 m 的季庄
李取生等
深部软岩巷道变形特性及其控制支护技术研究
l9
Journal of Shandong University of Science and Technology
Nat ural Sci enc e
断层交会点附近 ,埋深在 700 m 左右 。 - 650 m 水平主变电所和主泵房联合布置 ,所处岩层走向为 N31°E ,
倾角 25° ,岩层为二叠系下石盒子组 ,为浅海及滨海环境沉积 ,由浅灰色 、灰白色石灰岩及灰绿色 、紫红色 、灰
色泥岩及铝质泥岩组成 ,偶见粉砂岩 。 底部褐红色铁质泥岩因长期沉积间断 ,暴露地表而形成残余式铁矿 。
2 巷道围岩力学特性及物相巷道破坏机理
2 .1 围岩岩石力学特性分析
中央水泵房与中央变电所等硐室的变形与破坏特别严重 。 泥岩强度低 ,单轴抗压强度 < 25 MPa ,流变
性强 ,岩石强度越低 、埋藏越深 、时间越长 ,流变量越大 。 特别是在有水的情况下 ,水不仅使岩石强度大幅度
降低 ,而且由于吸水 、失水引起岩石水解 ,使岩石出现裂纹 、崩解 。 当这些岩石的矿物组成有膨胀性粘土矿物
时 ,膨胀更加严重 ,围岩将更不稳定 ,从而引发巷道失稳 。 阳城煤矿的实践证明 ,巷道的稳定与围岩的岩石力
学特性有密切关系 。
2 .2 井巷地应力测试分析
阳城煤矿井底车场埋深 700 多 m ,随着采掘工程不断延伸 ,巷道支护难度也将逐渐增大 ,深部地压的影
响愈来愈明显 。 因此 ,掌握矿区深部地应力的分布状况 ,对深部开采与支护具有重大意义 。 本次测量在
- 650 m水平选择了 2 个测点进行地应力实测 ,测点编号为 YC‐1 、YC‐2 。 地应力实测结果列于表 1 。 综合分
析 2 个测点的测量结果可得出 :阳城煤矿 - 650 m 水平整体地应力较高 ,- 650 m 水平以水平应力为主 ,最大
水平应力的方向为北东 101畅6° ~ 112畅3° ,水平应力大于垂直应力 ,最大水平主应力为垂直应力的 1畅46 ~ 1畅49
倍 ,对井下岩层的变形破坏方式及矿压显现规律会有明显的影响 。 通过井下测试 ,基本掌握了矿区的地应力分
布状况 ,确定了应力源的特征 ,为矿井维护和深部开采提供了设计与施工依据 。
表 1 原岩应力测量结果表
Tab .1 The measured results of protolith stress
测点
σ
hmax
/MPa
σ
hmin
/M Pa
σ
v
/M Pa
σ
hmax
/
σ
v
σ
hmax
/
σ
hmin
YC‐1 26 湝.46 13 垐.91 18 t.17 1 L.46 1 8.90
YC‐2 27 湝.81 14 垐.47 18 t.65 1 L.49 1 8.92
表 2 - 650 m 水平各巷道围岩松动圈最大值表
Tab .2 The maximum values of rock‐loosening rings of
roadways at - 650 m level m
巷道名称 顶板最大值 左帮最大值 右帮最大值
中央水泵房 1 .69 1 圹.47 1 浇.39
中央变电所 1 .71 1 圹.47 1 浇.43
表 3 - 650 m 水平围岩岩石矿物组成表
Tab .3 The mineral composition of surrounding rocks at - 650 m level
wt%
岩样取样地点 Q M H O
中央变电所 57 潩.9 36 墘.1 7 `.2 余重
中央水泵房 51 潩.2 40 墘.4 8 `.2 余重
注 :Q — 石英 ;M — 珍珠陶土 ;H — 赤铁矿 ;O — 其他 。
2 .3 巷道围岩松动圈地质雷达实
测分析
利用 地 质 雷 达 对 阳 城 煤 矿
- 650 m水平中央变电所 、中 央水
泵房进行了松动圈实测 ,实测结果
列于表 2 。 实测结果表明 ,硐室的松
动圈均较大 ,且顶板松动范围最大 ,
约为 1畅60 ~ 1畅70 m ,两帮的松动范
围相对较小 ,约为 1畅30 ~ 1畅50 m 。
2 .4 围岩岩石矿物组成分析
分别在 - 650 m 水平中央变电
所 、- 650 m 水平中央水泵房采取
岩样 ,利用 X 射线衍射仪进行物相
分析 ,分析结果列于表 3 。
由测试分析报告和物相分析曲
线可知 ,- 650 m 水平中央变电所
试样中的主要矿物成分为石英和珍
珠陶土 ,其中 - 650 m 水平中央变
电所和 - 650 m 水平中央水泵房试
样中的主要矿物成分为石英和珍珠
陶土 ,并含小量赤铁矿 ;- 650 m 水
平中央变电所试样石英含量约为 57畅9% ,珍珠陶土含量约为 36畅1% ,赤铁矿含量约为 7畅2% ;- 650 m 水平中
央泵房试样石英含量约为 51畅2% ,珍珠陶土含量约为 40畅4% ,赤铁矿含量约为 8畅2% 。 珍珠陶土是高岭石族中
晶体结构最稳定的一种 ,被水润湿后具有可塑性 ,其化学组成是Al
4
[Si
4
O
10
](OH)
8
,珍珠陶土具有较大吸水膨
胀性 ,易于风化碎胀 ,对巷道围岩的稳定性不利 ,特别是在大断面大淋水情况下 ,将对围岩失稳起严重影响 。
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