地下工程课程设计

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：200601020326

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。