对软岩支护的几点认识

2013年6月8日山东能源龙矿集团对软岩支护的几点认识汇报内容一、软岩的概念对软岩支护的几点认识二、龙口矿区的工程地质概况

三、龙口软岩巷道破坏特征

四、龙口矿区高膨胀软岩巷道支护对策五、龙口矿区高膨胀软岩控制技术六、软岩治理下一步工作思路第一部分软岩的概念

对软岩支护的几点认识软岩目前尚无统一定义，一般来讲是软弱、破碎、膨胀、流变、强风化及高应力岩体的总称。软岩是一种特定环境下具有显著塑性的复杂岩石力学介质，一般以单轴饱和抗压强度衡量，即Rc值从3—25（30）Mpa。围岩松动圈厚度大于1.5米的围岩，称为软岩。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。对软岩支护的几点认识软岩可分为地质软岩和工程软岩两大类别。地质软岩指强度低、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，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质矿岩，是天然形成的复杂的地质介质；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。工程软岩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。根据软岩特性的差异及产生显著塑性变形的机理，软岩可分为4大类，即膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。对软岩支护的几点认识膨胀性软岩表2-3膨胀性软岩分级对软岩支护的几点认识膨胀性软岩蒙脱石含量(%)干燥饱和吸水率0(%)自由膨胀变形量(%)弱膨胀性软岩<10<20>15中膨胀性软岩10~3020~5010~15强膨胀性软岩30>50<10根据高应力类型的不同，高应力软岩可细分为自重应力软岩和构造应力软岩。高应力软岩根据应力水平分为3级，即高应力软岩（25-50MPa）、超高应力软岩（50-70MPa）和极高应力软岩（>75MPa）。工程软岩和地质软岩的关系是：当工程荷载相对于地质软岩（如泥页岩等）的强度足够小时，地质软岩不产生软岩显著塑性变形力学特征，即不作为工程软岩，只有在工程力作用下发生了显著变形的地质软岩，才作为工程软岩；在大深度、高应力作用下，部分地质硬岩（如泥质胶结砂岩等）也呈现了显著变形特征，则应视其为工程软岩。对软岩支护的几点认识第二部分龙口矿区的工程地质概况

对软岩支护的几点认识龙口矿区成煤于新生代古近系，含煤地层岩性多为泥岩、粘土岩、含油泥岩，炭质页岩和胶结松散的砂岩。岩层单轴抗压强度5.3～44.3Mpa，大部分小于20Mpa，内摩擦角26.3°～32°。节理裂隙发育，松散破碎。大部分岩层中含有蒙脱石（最高68.4%）、高岭土等膨胀性矿物，易吸水崩解，膨胀性强（最高245%）。围岩自稳时间短，具有显著的流变特性，属典型的“三软”地层，围岩（煤）突出表现为“三怕”，即怕震动、怕风化、怕水浸，给巷道施工和支护带来很大困难。

对软岩支护的几点认识矿区内主要可采煤层为煤1油2、煤2、煤4（见下综合柱状示意图），根据多年来的井巷工程实践，煤1油2的工程稳定性最好，煤2层次之，煤2顶板含油泥岩、煤4层底板8米下炭质泥岩和断层破碎带最不稳定，巷道极难维护。特别是随着深度的增加，软岩具有的松、散、软、弱四种属性表现的极为突出，其崩解性快、流变性强、胀缩性大、触变性敏感，对井巷工程的损害与破坏十分严重。

对软岩支护的几点认识自矿区开发以来，巷道支护一直是矿井正常生产的一个突出课题，矿区建设初期（90年代以前），采用锚喷支护和料石砌碹支护方式，基本上解决了浅部地层巷道的支护问题，但随着开采深度的增加、开采范围的扩大和开采方式的改变，软岩的属性越发突出，巷道支护变得十分困难，成巷后，巷道压力显现突出、变形速度快、变形量大、返修工程量大、成本增加，对正常的安全生产带来许多隐患、影响经济效益。目前，北皂煤矿海域、梁家煤矿六采区、洼里煤矿十二采区的工程地质条件十分恶劣，支护问题非常突出。对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识综合柱状示意图第三部分龙口软岩巷道破坏特征

对软岩支护的几点认识

总结建井以来巷道破坏特征，主要表现为三种形态123流变破坏型

膨胀破坏型

扰动破坏型对软岩支护的几点认识

第一种类型流变破坏型：

这种破坏形式最常见，巷道整体或局部缓慢变形，即使不受其它因素扰动，经过一定时间后，巷道仍会发生破坏。其原因是巷道围岩持续变形，支护体强度及刚度不足，巷道围岩从锚杆之间的空隙向外突出变形，甚至巷道帮部连同锚杆一起整体外移。巷道返修过程中可以看到，破除的围岩层面没有空隙，却出现不规则弯曲，是流变的结果。对软岩支护的几点认识

第二种膨胀破坏型：

这种破坏形式主要表现在巷道底鼓方面。主要原因是巷道围岩揭露后，在短时间内风化受水侵蚀，围岩中含有蒙脱石等矿物质膨胀泥化明显，造成巷道围岩持续变形，破坏巷道支护。对软岩支护的几点认识

第三种扰动破坏型：

1、巷道之间相互扰动破坏

这种类型破坏表现在破坏速度较快，且频繁发生破坏。主要有两种原因造成，一是一条巷道局部失稳破坏，其扰动造成相邻段的巷道失稳破坏；二是巷道密度过大而支护强度相对不足，造成近距离巷道交替破坏。对软岩支护的几点认识2、施工过程的扰动破坏

这种类型破坏，在扰动因素出现后，巷道迅速发生变形破坏，破坏范围随扰动因素的不同而不同，且相差很大。主要有三种原因造成：

第一种第二种第三种一是由于工作面开采过程中动压影响，对顺槽巷道超前扰动影响或临近巷道扰动造成破坏；二是巷道掘进施工过程中炮震及动压影响，造成附近巷道的破坏；三是返修施工对临近巷道扰动影响造成破坏或破坏加重。

以上三种原因以工作面开采过程中动压影响最为严重，造成的破坏范围较大。

对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识第四部分龙口矿区高膨胀软岩巷道支护对策

对软岩支护的几点认识

一是早封闭：尽快封闭围岩和加强水的治理，防止围岩风化抑制围岩膨胀；

根据多年的实践经验，结合龙口矿区软岩的基本特点：松软、吸水、膨胀。确定支护的基本要求是有限让、积极抗、抑制胀。采取的支护支护对策是：

二是有限让：让围岩有限卸压，从而降低支护所需强度，最大限度减少支护投入；

三是适时抗：当变形达到一定程度时加强支护强度，防止围岩或煤体产生过度变形而降低强度；

四是避免扰：应减少或避免对围岩的扰动而使围岩弱化和膨胀的加剧。对软岩支护的几点认识第五部分龙口矿区高膨胀软岩控制技术

对软岩支护的几点认识

多年来，针对龙口矿区软岩的特点，在巷道支护方面进行了一系列探索，取得了大量现场经验和成果，基本满足了生产需要，为矿区巷道支护积累了丰富的经验，对矿区的安全生产起到了积极促进的作用。对软岩支护的几点认识龙口矿区采取的几种支护形式锚网喷支护形式1对软岩支护的几点认识2346

锚网喷锚梁支护形式棚－喷复合支护形式及料石碹支护

柔－刚复合支护形式5高强U型钢棚壁后浇注支护高强度钢管混凝土支架支护

1、锚网喷支护形式这种支护形式一般适用于围岩强度较高的油页岩巷道，根据现场地质状况一般顶板挂网，两帮根据围岩状态一般不必挂网就能满足使用要求。图见下页对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识2、锚网喷锚梁支护形式在锚喷网锚梁联合支护形式中，锚杆是支护的主体，它将松动圈内的破裂围岩重新组合起来形成挤压加固组合拱，同时起到悬吊、围岩补强、减小跨度作用；喷层起封闭围岩的作用。由于软岩巷道围岩变形明显，通常为了使喷层能适应巷道的大变形要求，一般增加金属网，在锚喷网组合结构拱支护中抗巷道变形显得非常重要，尤其是煤巷锚网喷组合支护作用更为明显。对软岩支护的几点认识

锚梁是基于防止冒顶因素分析提出来的，软岩巷道冒顶通常是因顶板岩层沿巷道两腮向斜上方产生两条剪切裂隙，以及较大离层大于锚杆锚固长度，而锚网喷形成的支护体不足以维持离层覆岩的自重，稍有外力影响，即造成顶板离层覆岩沿两条剪切裂隙冒落，冒落体多为倒楔状。锚梁与45°锚固锚杆正好承托阻止了冒顶的发生。对软岩支护的几点认识1锚喷－架棚复合支护2锚喷-衬砌复合支护

3双层锚网喷带返底拱支护

3、柔－刚复合支护形式，分为三种：对软岩支护的几点认识

（1）锚喷－架棚复合支护

架棚的种类有木棚、工字钢梯形棚、槽钢棚、U型钢棚。木棚除了临时处理冒顶或加固待返修的锚喷巷道外，掘进巷道已不再采用木棚支护。槽钢棚由于强度较低，不能有效支护巷道，现已逐渐被代替。工字钢梯形棚采用11#矿用工字钢加工而成，多用于巷道加固支护。U型钢棚具有强度大、可缩性较好，能较好的适应软岩收敛变形的特点，并且架设方便，因此锚喷－架棚复合支护多用于巷道压力显现较大时的加固及巷道开门口、贯通等临时支护或加固，以及回采工作面临近停采线时的回采、准备巷道的加固，为锚网喷锚梁支护的必要的补充。

对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识

（2）锚喷-衬砌复合支护

锚喷-衬砌复合支护是指采用一次支护锚网喷，二次支护料石碹或砼灌注支护，是服务年限较长的开拓或准备巷道常用的一种支护形式，巷道断面多设计为圆形或马蹄形，带返底拱。料石规格350mm*250mm*（150+180）mm；灌注砼采用C25～C30砼，底拱均采用料石砌筑并铺抹50mm砂浆，阻隔水对底板围岩浸蚀，施工速度慢，该种支护工艺多用于硐室、采区上下山、主要回风道等服务时间较长的巷道。对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识

（3）双层锚网喷带返底拱支护

为加快巷道掘进满足接续需求，将锚网喷锚梁支护技术拓展进入了原来一直采用复合支护的开拓巷道以及回采巷道开门口支护中。即一次支护锚网喷支护，采用双层Φ4mm金属网，Φ18L2250mm麻花树脂锚杆，第二层采用Φ6mm单层网Φ18L2250mm麻花(梁家矿现在用螺纹锚杆)树脂锚杆。为防止巷道底板见水后底臌，采取了加做料石底拱的方法，对巷道全封闭支护。对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识4、棚－喷复合支护形式及料石碹支护龙矿集团洼里煤矿进入十二采深部开采后，压力显现明显，通过探索实验，目前回采巷道采用的工字钢棚喷加料石底拱支护和料石碹支护，能够较好的适应其深部地质矿压条件。对软岩支护的几点认识附图一：工字钢棚喷加料石底拱支护对软岩支护的几点认识附图二：料石碹支护对软岩支护的几点认识5、高强U型钢棚壁后浇注支护龙矿集团北皂煤矿海域扩大区属于极典型“三软”地层，矿压显现极为严重。通过多年的实践，现工作面顺槽一般采用高强度U36钢棚壁后浇注支护，即在U型棚后采用C20混凝土进行浇注充填，浇注混凝土厚度200-300mm，混凝土浇注体与U型钢棚形成整体，使支护体受力均匀，避免出现薄弱环节。同时U型棚具有可缩性，能够实现“高阻可缩”的效果。对软岩支护的几点认识附图一：直墙半圆拱形U型钢壁后浇注支护对软岩支护的几点认识附图二：圆形U型钢壁后浇注支护对软岩支护的几点认识6、高强度钢管混凝土支架支护

与中国矿业大学合作，在钢管混凝土支架试验基础上，扩大改进钢管混凝土支架的支护技术，在一些特殊层位下（如煤2顶板、过断层区域），工作面外围联络巷等地点采用钢管混凝土支架支护，提高巷道支护强度。对软岩支护的几点认识对软岩支护的几点认识附图圆形混凝土钢管支架壁后浇注支护第六部分软岩治理下一步工作思路

对软岩支护的几点认识指导思想1）、坚持“超前预测、综合治理、因地制宜”的方案论证原则；

1、指导思想2）、坚持在