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软岩支护指南
综述
松软岩层是指粘结性差、强度低、易风化、有时遇水膨胀、自稳能力差的岩层。它是破碎、软弱、松散、膨胀、流变、强风化蚀变和高应力岩体的统称。
泥质系列:泥岩、页岩、粘土岩、粉砂质泥岩、沙质页岩
火山岩蚀变系列:沈北的蚀变玄武岩等
软岩巷道的特征
开掘在松散软弱岩层中的各种巷道,最明显的特征是地压显现比较剧烈,巷道维护困难,主要表现在以下几个方面:
1. 围岩的自稳时间短、来压快
所谓自稳时间,就是指在没有支护的情况下,围岩从暴露起开始失稳到冒落的时间。软弱岩石巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时,巷道来压快,要立即支护超前支护,方能保证巷道围岩不致冒落。
2. 围岩变形量大、速度快、持续时间长
软岩巷道的突出特点就是围岩变形速度快、变形量打、持续时间长。一般软岩汉高掘后的1~2天,变形速度少的5~10mm/d,多的达50~100mm/d,变形持续时间一般25~30d,有的长达半年以上仍不能稳定。
3. 围岩的四周来压、底鼓明显
在较坚硬岩层中,围岩对支架的压力主要来自顶板,中硬岩层围岩对支架的压力来自于顶板和两帮,但在松软岩层巷道中则四周来压、底鼓明
显。松软岩层,由于结构疏松、强度低,很难支撑上覆岩层的重量,围岩在自重地压()的作用下,以垂直变形为主,垂直变形中又以底鼓为主。
底鼓明显是软岩巷道的重要特征,如果巷道没有底鼓或底鼓不明显,围岩就不是软岩。如烟巷道四面来压,如果底板不支护,将出现一个支护结构的薄弱带,巷道破坏首先就是从不设防的底板开始,又因底鼓导致两帮移近和失脚,知道片帮冒顶,巷道全部破坏。
4. 围岩遇水膨胀、变形加剧
软岩一般都含有亲水性很强的蒙脱石、伊利石等粘土矿物的岩石,这些岩石遇水后软化,体积急剧膨胀,因而变形也更剧烈,产生很大的膨胀压力。
5. 普通的刚性支护普遍破坏
软岩巷道变形量大、持续时间长,普通刚性支护承受的变形压力很大,施工后很快就发生破坏,必须再次或多次翻修后巷道才能使用。这是刚性支护不适应软岩巷道变形规律的必然结果。
软岩巷道支护支护困难原因分析
1. 岩层程艳年代晚,胶结程度差
2. 岩石强度低
3. 节理发育,岩体破碎
4. 围岩应力水平高
(1) 巷道埋深大
(2) 构造应力大
(3) 集中应力作用
5. 岩石吸水膨胀
软岩分类
普式岩石分级法
最早给岩石进行系统性分级的是俄国学者 普罗托吉亚科诺夫于1907年提出来的,简称普式分级法。该法用岩石坚固性系数f来分类围岩,f值等于岩石的单向抗压强度除以10,f也称为普式系数。
普式岩石分级表
普式岩石分级法将岩石分为Ⅹ级,其中的第Ⅵ、Ⅵa级定为相当软的岩石,我国许多矿山的科技工作者也认同?<2~。
我国支护专家对煤矿软岩的分类
软岩巷道支护专家组初步将软岩分为:低强度软岩、膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩
软岩巷道支护专家组建议的软岩综合分级
巷道支护围岩松动圈分类表
软岩巷道界限的判别(1) 按岩石的坚固性判别
在地质柱状图中,如果巷道穿过的岩层的普式系数?<2~ 可初步认定为软岩巷道; (2) 按岩层所含矿物成分判别
在地质中,如果巷道穿过的岩层中,含有大量的高岭土、伊利石、蒙脱石及其混合物(一般含量大于15%~20%)可视为膨胀性松软岩层。如果该岩层处于巷道底板,应该先采取预防底鼓的各种措施。
(3) 按围岩自稳定时间判别
已开掘的巷道,在无支护情况下围岩自稳定时间小于12h,可以认定该巷的岩层时属于软岩的范畴,应按软岩支护的要求进行设计和施工。
(4) 按围岩松动圈得大小判别
,可以认定该巷是属于软岩的支护范畴,要按软岩支护进行设计和施工。
(5) 按岩层所处的深度判别
岩层在地下,在地应力、地下水、地温等的作用影响下,相对强度低的岩层也属于软岩。矿井深部,虽然岩体本身绝对强度比较高,但在大埋深、大地应力作用下,也会发生类似软岩的问题,即围岩压力大、维护困难。因为地应力场引起井巷周边产生应力集中,其数值超过围岩本身的极限强度,发生破坏,围岩体积扩容胀大,向井巷空间内移,扰动范围较大,长时间不能稳定,故作用在支架上的压力增加,致使支护困难。
矿井的软岩力学特征用围岩强度与大地自重应力之比来表示,即
C=R1/(γ·H)≤2~3
式中
R1——考虑岩体裂隙、地下水等影响下围岩的强度,用围岩饱和水条件下单轴抗压强度表示。γ——上覆岩石的平均容重
H——巷道埋深
凡符合此条件的岩层属软岩。在深井中,尽管围岩强度大,当矿井到达临界深度
H