软岩巷道支护技术研究进展

3.4围岩应力水平高
岩石强度低是形成软岩的重要因素, 但这只是问题的一个方面。岩石强度的高低是一个 相对的概念, 它与地应力紧密相联。如果岩体强度低, 但地应力绝对值也低, 就表现不出软岩特征。 围岩应力水平高, 表现在三个方面


1)巷道埋深大
随开采深度的增加, 一些原本稳定性较好的围岩也显现出软岩的特征。 2)构造应力大 3)集中应力作用 连接处巷道、受邻近巷道掘进影响的巷道等, 其围岩均承受一定的集中应力, 从而使围 岩由稳定状态过渡到软岩状态。 3.5岩石吸水膨胀 遇水膨胀地层, 多含有蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物成分, 亲水后产生显著的体积膨胀, 巷道 开挖在这种软岩地层中, 若治水措施不当极难支护。



软岩巷道的支护困难原因分析
造成软岩巷道地压显现剧烈, 支护困难的原因是多方面的, 最主要的原因有以下几个方面。 3.1岩层成岩年代晚, 胶结程度差 我国软岩矿区主要分布在开采新生界第三纪褐煤和开采中生界上侏罗纪的褐煤矿区。这些矿区煤层 顶底板岩石都非常松软破碎, 易风化, 因此怕风、怕水、怕展。 3.2岩石强度低 煤矿软岩多为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩等, 单向抗压强度都比较低。由于岩石强度低,表现在围岩 松散、软弱, 在中等或稍高应力水平状态下就能产生较大的围岩变形, 支护困难。 3.3节理发育, 岩体破碎 有些矿区, 虽然岩石强度很高, 但由于节理比较发育, 岩体破碎, 支护也十分困难。所以,在岩块强度高 的节理化地层中, 也可能表现出软岩特征。
软岩支护技术在国内外的发展现状
1新奥法 20世纪60年代, 奥地利工程师在总结前人经验基础上, 提出一种新的隧道设计施工方法一新奥法,目 前已成为地下工程的主要设计施工方法之一。 1978年, 米勒教授较全面地论述了这种方法的基本指导思想和主要原则, 并将其概括为22条。1980 年, 奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为：“ 在岩体或土体中设置的使地下空间的周 围岩体成一个中空筒状支撑环结构为目的的设计施工方法” 。其核心是利用围岩的自撑作用来支撑 隧道, 促使围岩本身变为支护结构的重要组成部分, 使围岩与构筑的支护结构共同形成为坚固的支撑 环。 新奥法既不是单纯的施工方法, 也不是单纯的支护方法, 而是充分利用和调动巷道围岩强度与自身承 载能力, 按岩石力学、围岩支护共同作用原理制定的一套地下工程设计、施工、支护、监测新概念。 它是先用工程类比法确定第一次锚喷的参数, 随之进行围岩的监控量测。经过量测信息反馈来调整支 护参数。利用现代岩石力学中围岩与支架共同作用的理论, 利用一次支护的变形、收敛以至局部开裂 来释放围岩中的部分能量, 延续一段时间后, 再用二次支护补强,来解决一般的软岩支护问题。 2 应变控制理论 日本山地宏和樱井春辅提出了围岩支护的应变控制理论。该理论认为隧道围岩的应变随支护结构的 增加而减少, 而容许应变则随支护结构的增加而增大。因此, 通过增加支护结构, 能较容易地将围岩 应变控制在容许应变范围内。支护结构的设计则是在由工程量测结果确定了对应于应变的支护工程 的感应系数后确定的。
软岩巷道的基本特征
2.1软岩的概念 软岩是我国煤炭系统的习惯用语, 它的概念已不是狭义的字面上的含义。目前人们普遍认可的软岩的 概念包括松散型软岩、破碎型软岩、流变型软岩、膨胀型软岩及高地应力型也称硬岩软化型软岩等 五种特点岩石。


2.2软岩的基本特征
1)软岩松散破碎, 结构疏松, 容重低, 孔隙率较高, 强度小, 稳定性差。一般软岩多为泥岩、炭质泥岩、 砂质泥岩及粉砂岩组成, 单向抗压强度小于200 Mpa。 2)软岩易吸水崩解, 膨胀性强。软岩膨胀的概念有两个一、专指那些含有膨胀性矿物如高岭石、蒙脱 石等的软岩所产生的膨胀变形。 3)软岩巷道自稳性差, 围岩压力大, 来压快, 自稳时间短。多数围岩自稳时间仅几十分钟到几小时。 4）软岩巷道变形量大, 变形持续时间长, 具有流变性能。软岩静压巷道中总变形量超过400-500mm 者甚多。变形时间一般都在1-3个月以上, 甚至半年后仍继续增长。 5）软岩巷道变形速度快, 变形范围广, 底腻明显。
引 言 由于深部岩体处于复杂的工程地质环境，使深部岩体表现出的力学特 性与浅部开采时往往具有很大的差异，并且，随着开采深度的增加， 伴随着硬岩矿井向软岩矿井的转型。在浅部开采基础上发展起来的传 统支护理论、设计方法及技术已难以适应深部巷道支护的要求，尤其 是深部软岩巷道支护设计及实际的需要。 随着其开采深度不断增加, 受高应力的影响, 软岩问题愈趋严重, 深部 围岩处于软岩状态, 施工条件趋于复杂化, 巷道及硐室支护的难度和破 坏程度不断增加。底臌是煤矿巷道中经常发生的动力现象 , 巷道底臌 使断面缩小, 阻碍运输、通风和人员行走, 因底臌而造成巷道报废的现 象时有发生, 严重影响生产和威胁安全。软岩巷道支护问题日益突出。 研究高效而经济的软岩巷道支护方法,是目前矿井生产急需解决的问题。
软岩巷道支护技术研究进展
张青
软岩巷道支护Biblioteka Baidu术研究进展
摘要：随着我国新生代煤层的大力开发，软岩矿井的数量也在与日俱 增。特殊条件下的巷道施工与维护问题已变得日益突出，并成为影响 和制约我国煤炭工业发展的重要因素之一。采用常规的支护方法，已 不能满足安全生产的需要。研究有效而经济的软岩支护方法 , 是当前 生产中急需解决的问题。为此查阅了大量相关科技期刊，对多个典型 软岩矿井的支护技术进行分析，总结了我国软岩支护的发展现状。这 对提高我国软岩支护的技术水平，提高经济效益，都有着十分重要的 意义。



3能量支护理论 萨拉蒙（M.D.Salamon）等人提出了能量支护理论, 认为支护结构与围岩相互作用、共同变形, 在变形过程中, 围岩 释放一部分能量, 支护结构吸收一部分能量, 但总的能量没有变化。因而, 主张利用支护结构的特点, 使支架自动调整 围岩释放的能量和支护体吸收的能量, 支护结构具有自动释放多余能量的功能。 4 轴变论和开挖系统控制论 于学馥等人于1981年提出“ 轴变论” , 认为巷道塌落可以自行稳定可以用弹性理论进行分析围岩破坏是由于应力超 过岩体强度极限引起的塌落是改变巷道轴比, 导致应力重分布应力重分布的特点是高应力下降、低应力上升, 并向无 拉力和均匀分布发展, 直到稳定而停止应力均匀分布的轴比是巷道最稳定的轴比, 其形状为椭圆形。 近年来, 于学馥等人运用系统论、热力学等理论提出“ 开挖系统控制理论” 开挖干扰了岩体的平衡, 这个不平衡系 统具有自组织功能。 5 联合支护技术 该技术是在新奥法基础上发展起来的, 以冯豫、陆家梁、郑雨天、朱效嘉为代表。重要观点为对于巷道支护, 一味强 调支护刚度是不行的, 要先柔后刚, 先让后抗, 柔让适度, 稳定支护。 4.6锚喷一弧板支护理论 该理论是对联合支护理论的发展, 其要点为对软岩总是强调放压是不行的, 让压后要坚决顶住, 即强调联合支护理论 的先柔后刚的刚性支护形式, 坚决限制围岩向中空位移、 4.7松动圈理论 该理论是董方庭教授提出的, 其主要内容凡是裸体巷道, 其围岩松动圈都接近于零, 此时巷道围岩的弹塑性变形虽然 存在, 但并不需要支护。松动圈越大, 收敛变形越大, 支护难度就越大。因此, 支护的目的在于防止围岩松动圈发展过 程中的有害变形。