用全封闭格栅钢架控制膨胀性软岩巷道变形破坏的研究与实践

发布时间：2019-09-12 19:15

【摘要】：膨胀软岩巷道围岩黏土矿物含量高、自身强度低、亲水膨胀性强,在复杂地应力和水理作用下极易发生变形失稳。结合小屯矿轨道大巷支护变更工程实践,通过地质调查、现场观测及室内试验等手段分析发现:巷道渗水量大,围岩节理裂隙发育、孔隙率高,膨胀性黏土含量高,水化作用后耐崩解性差都加剧了围岩的变形失稳。针对性地提出以格栅钢架为主体结构的"全封闭格栅钢架+挂网+锚杆+喷射/浇筑混凝土"联合支护体系,通过数值模拟,揭示了全封闭支护设计的整体性优势,并对支护方案的格栅钢架间距和锚杆长度进行优化,制定出适用现场工况的钢架规格参数及其施工工艺流程。同时辅以集水坑降低底板水位,最终以全封闭格栅钢架为主体结构的联合支护体系有效地控制了巷道围岩变形,在小屯煤矿膨胀软岩巷道取得了成功应用。
【图文】：

向南东，倾角为8°～10°。井田选用平硐开拓方式，3条平硐水平标高均在+1395m。大方县位于贵州西北部，降雨丰富，地下水含量高，喀斯特地形发育。特别进入2014年8月，天降暴雨，多个工作面曾发生大规模涌水，平硐部分地段地下水积聚，排水沟冲毁，影响矿井的正常生产。在六中车场至后段的平硐，大巷围岩转为以泥质膨胀软岩为主，由于泥岩自身强度低，具有很强的遇水膨胀性和崩解性，在部分地段产生底臌量相继近1m，同时伴随着围岩开裂、顶板下沉和两帮收敛严重等状况，对煤矿的安全生产和巷道围岩稳定十分不利(见图1)。(a)大巷顶板下沉(b)大巷片帮图1小屯煤矿大巷围岩变形Fig.1DeformationofmainroadwayinXiaotuncoalmine

部地段巷道断面已不满足运输、通风需要，并存在在大面积塌方威胁。上述现象在3条大巷中普遍存在，影响距离累计达上千米，成为煤矿不容忽视和亟待解决的技术难题之一。2.2室内试验为了更好地揭示泥质膨胀软岩的物理化学性质和力学特性，于轨道平硐变形段周围钻取岩芯并在掘进迎头和工作面收集相应层位石块，进行了相关室内试验。2.2.1X射线衍射分析轨道大巷变形段围岩以泥岩、泥质粉砂岩和砂质泥岩为主，分别在八中车场钻取的岩芯选取相应层位的3种岩性的岩石进行X射线衍射试验，对其矿物组成及含量进行分析，如图2所示，矿物成分含量见表1。衍射角2θ/(°)(a)泥岩衍射角2θ/(°)(b)砂质泥岩衍射角2θ/(°)(c)泥质粉砂岩图2不同岩样的X射线衍射分析Fig.2Diffractionpatternoftherocksamples表1矿物成分分析结果Table1Mmineralcompositioncontentofthreekindsofrocks%类型石英高岭石伊利石蒙脱石锐钛矿黄铁矿钠长石泥岩31.2618.6621.5312.0116.54  砂质泥岩36.2619.7920.487.166.839.48 泥质粉砂岩32.937.279.183.064.5014.4528.62黏土矿物是组成黏土岩和土壤的主要矿物，颗粒极细，主要包括高岭石族、伊利石族、蒙脱石族及蛭石族等矿物。通过衍射分析发现，黏土矿物含量在泥岩、砂质泥岩和泥质粉砂岩中的含量分别为52.20%，47.43%和19.51%。其中蒙脱石是黏土矿物中吸水膨胀能力最强的矿物，吸收水分后还可以膨胀并超过原体积的几倍，蒙脱石在3种岩石中的含量分别为12.01%，7.16%和3.06%。由于膨胀软岩自身强度低，，极易碎胀扩容，如此可观的黏土含量在一定程度上加剧了围岩的遇水膨胀和变形失稳。2.2.2电镜扫描分析矿物的细观结构决定了他的宏观性质，在扫描电镜下，不同矿物会表现出不同的形貌特征。
【作者单位】： 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室;贵州大方煤业公司;博茨瓦纳国际科技大学;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2014CB046904) 国家自然科学基金项目资助项目(51479191,41202227)~~
【分类号】：TD353


本文编号：2535300