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软岩巷道支护
第十二章软岩巷道支护
第一节基本概念及变形特征
一、软岩及软岩巷道的定义与分类
目前对软岩及软岩巷道(工程)的定义及其基本特征尚未完全统一,但一般认为软岩是指强度低的岩体,是松散、软弱、破碎、膨胀、流变、强风化蚀变,以及高地应力岩体的统称。
软岩巷道,则指布置于上述软岩中难支护、需多次翻修和多次支护的巷道。
软岩的基本特性包括重塑性、崩解性、胀缩性、触变性、流变性。
其中,重塑性是软岩的基本属性,崩解和胀缩性是环境效应,触变性是空间效应,流变性是时间效应。
在实际工程中,往往是各种效应的综合,但有主有次,故应针对具体条件采取相应或综合措施。
软岩的工程分类,对工程设计、施工管理、定额制度、支护方式的合理选择以及改变软岩矿井技术面貌都有十分重要的意义,国内外专家学者提出的分类方案有十几种之多,应用较多的有以下几种。
1、煤矿巷道分类方案
表12-1为我国《煤矿巷道软岩分类的建议》中的分类方案,将软岩分为3类,其中累计得分一项由表12-2给出。
表12-1煤矿软岩巷道综合分类方案
软岩分类判别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
前期
累计得分
1~3
4~6
≥7
后期
水平变形量/mm
≤150
150~300
≥300
围岩松动圈/m
1.5~2.0
2.0~3.0
≥3.0
支护难易程度
架棚、直墙拱碹出现破坏
架棚、直墙拱碹经1~2次翻修稳定
架棚,直墙拱碹经多次翻修仍难稳定
注:
水平变形是指巷道掘出后,一次锚喷支护时,两侧墙位移的总和取大值;围岩松动圈指巷道掘进后,测得围岩纵波速度降低范围的平均值。
表12-2煤矿巷道软岩分类判别指标
围岩属性
1级(1分)
2级(2分)
3级(3分)
松散破碎
松散
弱胶结松散岩体
无胶结松散岩体
有水有泥松散岩体
破碎
破碎块体
块度<
0.3~0.4m
碎块之间含<30%的
断层泥
碎块间含<30%软泥,
含饱和水
塑性流变
R=20~8Mpa
软弱致密流变
R=8~1Mpa
软弱裂隙易流变
R<1Mpa
软弱致密极易流变
膨胀
W=25~50%
W=50~90%
W>90%
地应力
~0.4
~0.6
巷道在高地应力区
注:
R为围岩点载荷强度;W为岩块干燥饱和吸水率;
为上覆岩层平均容重;h为巷道埋深。
2、国家软质岩分类标准
《工程岩体分级标准》(1991年送审稿)中关于软质岩的国家标准是:
1)岩石坚硬程度
岩石坚硬程度按表12-3定性划分为较软岩、软岩和极软岩3类。
2)岩石风化程度
岩石风化程度按表12-4划分为未风化至全风化5类。
表12-3软质岩坚硬程度的定性划分
较软岩
锤击声不清脆,无回弹,较易击碎,浸水后指甲可刻出印痕
①强风化的极坚硬岩、坚硬岩;
②弱风化的较坚硬岩;
③未风化到微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等。
软岩
锤击声哑;无回弹,有凹痕,易击碎,浸水后,手可掰开
①强风化的极坚硬岩、坚硬岩;
②弱风化到强风化的较坚硬岩;
③弱风化的较软岩;
④未风化的的泥岩等
极软岩
锤击声哑,无回弹,有较深凹痕,手可捏碎,浸水后可捏成团
①全风化的各种岩石
②各种半成岩
表12-4岩石风化程度的划分
名称
风化特征
未风化
岩质新鲜,结构构造未变
微风化
结构构造未变,沿节理面有铁锰质渲染,矿物色泽基本未变,无松散物质
弱风化
结构构造基本未变,矿物色泽稍微变化,裂隙面风化较重,出现风化矿物,张开裂隙中有少量松散物质
强风化
结构构造部分破坏,长石、云母等多风化成次生矿物,色泽明显变化,张开裂隙中有许多松散物质
全风化
结构构造大部分破坏,矿物成分除石英外,大部分风化成土状,基本不含坚硬块体
3)岩体完整程度的定性划分
①岩体完整程度可按表12-5定性划分为完整至极破碎5类。
②结构面的结合程度,可根据结构面特征按表12-6划分为结合好至结合很差4类。
表12-5岩体完整程度的定性划分
名称
结构面发育程度
主要结构面的结合程度
主要结构面
类型
组数
平均间距(m)
完整
1~2
>1.0
结合好
节理、裂隙
较完整
2~3
1.0~0.4
结合好
节理、裂隙
较破碎
>3
0.4~0.2
结合好
构造节理、
小断层
结合一般
破碎
>3
≥0.2
结合差
小断层、构造节理、软弱层面
<0.2
极破碎
结合很差
表12-6结构面结合程度的划分
名称
结构面特征
结合好
张开度小于1mm,无充填物
张开度1~3mm,为硅质或铁质胶结
张开度大于3mm,结构面粗糙,为硅质胶结
结合一般
张开度1~3mm,为钙质或泥质胶结
张开度大于3mm,结构面粗糙,为铁质或钙质胶结
结合差
张开度1~3mm,结构面平直,为泥质或钙质胶结,张开度大于3mm,多为泥质、钙质胶结或充填岩屑
结合很差
泥质充填或泥夹岩屑充填,充填物质厚度大于起伏差
4)定量指标的确定和划分
①岩石坚硬程度的定量指标采用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)。
Rc应采用实测值,当无条件取得实测值时,也可采用实测的岩石点荷载强度指数(Is(50))的换算值,并按下式换算:
Rc=22.82
②岩石单轴饱和抗压强度(Rc)与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系,参照表12-7。
③岩体完整程度的定量指标采用岩体完整系数(Kv)。
Kv应采用实测值,当无条件取得实测值时,也可用岩体体积节理数(Jv)按表12-8确定相应的Kv值。
④岩体完整性系数(Kv)与定性划分的岩体完整程度的对应关系见表12-9。
⑤具有特殊变形破坏特性的岩体,如膨胀性强的岩类和溶蚀岩类等,当其特殊性成为影响岩体稳定的主要因素时,其特性对工程岩体级别的影响应作专门研究。
表12-7Rc与定性划分的软质软岩坚硬程度的对应关系
Rc(MPa)
30~15
15~5
<5
坚硬程度
较软岩
软岩
极软岩
表12-8Jv与Kv对照表
Jv(条/m3)
<3
3~10
10~20
20~35
>35
Kv
>0.75
0.75~0.55
0.55~0.35
0.35~0.15
<0.15
表12-9Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系
Kv
>0.75
0.75~0.55
0.55~0.35
0.35~0.15
<0.15
完整程度
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
二、软岩巷道变形破坏机制与特点
关于软岩“膨胀”的概念有两个含义,即狭义和广义。
前者专指那些含有膨胀性矿物(如蒙脱石)的软岩所产生的膨胀变形;后者则是指软岩岩体向巷道空间的变形,它包括膨胀性矿物的变形,同时也包括其它力学机制的变形。
这里采用后者。
从理论上分析软岩的膨胀机制,可分8种情况,即晶粒膨胀、胶体膨胀、毛细膨胀、水胀、构造应力扩容、重力扩容、工程偏应力机制以及结构面变形机制。
1、晶粒膨胀机制
含有蒙脱石和伊蒙混层矿物的泥质岩类往往膨胀性颇为显著。
这种膨胀性与蒙脱石的分子结构特征关系十分密切。
因此,也可将这种膨胀机制称为蒙脱石型膨胀机制。
蒙脱石的晶体是由很多相互平行的晶胞组成,属由上下层的硅氧四面体和中间一层铝氧八面体构成的2∶1型硅酸盐矿物。
由于晶胞两边都为负电荷的硅氧四面体,晶胞与晶胞之间氧相接,连结力极弱,因此水分子及交换的阳离子可无定量地进入其间,致使颗粒急剧膨胀。
晶胞中间的Al3+可以被Fe2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+所取代,而形成本组中不同矿物。
若为两价离子取代,则在格架中出现多余的游离原子价,提高了吸附能力,有助于晶胞间的连结力增强。
由于上述特性,蒙脱石组矿物具有吸附能力强,使体积大为膨胀,甚至使相邻晶胞失去连结力的特性。
另一方面,蒙脱石的晶胞之间的沸石水也有一些反离子。
遇水时,沸石水的部分反离子逸出,吸引力减小,水分子挤入,晶胞间距加大,使矿物颗粒本身急剧膨胀。
此外,矿物颗粒之间的结合水膜也增厚,这属于胶体膨胀力学机制。
由于蒙脱石具有遇水后颗粒内部晶胞间距剧增和颗粒间结合水膜加厚两种膨胀机制,所以其膨胀量在粘土矿物中是最大的。
据测定,Ca蒙脱石可膨胀到原体积的7倍多
不仅蒙脱石具有上述晶粒内部膨胀机制,而且伊蒙混层矿物、伊利石矿物也具有这种膨胀特性。
只是伊利石的三层结构中的SiO2比蒙脱石少一些,其上下两层硅氧四面体中的Si可以被Al、Fe所取代,因而游离原子价与蒙脱石不同,在相邻晶胞间可出现较多的一价正离子,有时甚至二价正离子,以补偿晶胞中正电荷之不足。
故伊利石结晶格架活动性比蒙脱石小,晶粒内部膨胀也弱些。
2、胶体膨胀机制
有些软岩并不含蒙脱石、伊蒙混层矿物和伊利石矿物,却也具有膨胀性。
例如粘粒成分为高岭石、腐植质和难溶盐等时也具有一定的膨胀性,现仅以高岭石为例说明其膨胀机制。
高岭石的结晶格架也是由互相平行的晶胞组成,属1∶1型硅酸盐矿物。
其晶胞之间是通过O2-与OH-连接,连结力较强,不允许水分子进入晶胞之间。
所以它不具有晶格内部膨胀特性。
尽管如此,但由于高岭石通常以粘粒形式出现,这种粘粒为准胶体颗粒,具有胶体的特性,因而在其周围可以形成一层很厚的水化膜吸附层。
事实上,这种特性并非矿物独有,只要粒径小于0.002mm,则均具有这种吸附特性。
软岩一般是泥质岩类,基本是粘粒的集合体。
相邻的粘粒比较靠近时,各自形成的水化膜会有一部分重叠起来而形成公共水化膜。
当各自水化膜加厚,公共水化膜消失,水胶连结力消失,软岩产生膨胀而进入塑性;若各自水化膜变薄,公共水化膜形成,水胶连结可使软岩变得相当坚硬。
这就是现场见到的干软岩十分坚硬之原因。
软岩遇水膨胀(胶体膨胀机制)的过程,可称为软岩胶体膨胀模式。
固体状态的软岩粘粒周围有公共强结合水化膜,故其硬度很大;吸水后,公共强结合水化膜逐渐消失,粘粒的弱结合水膜加厚而出现公共结合水膜,这时软岩体积增大而变成塑性状态;当粘粒进一步吸水膨胀,公共弱结合水膜随水膜加厚并趋于消失或完全消失,代之出现了粘粒之间的自由水,这时软岩体积进一步增大而进入平时所见的粘流状态和液流状态。
3、毛细膨胀机制
软岩的空隙颇为发育,如广西那龙二号井软岩空隙度为3.8~27.3%,空隙比为0.313~0.394。
每克干样品的空隙体积为109.96~140.29mm3。
这些空隙包括裂隙和孔隙两种。
由于大量孔隙和裂隙的存在和水的表面张力,产生毛细压力,使地下水通过软岩的微小空隙通道吸入。
其上升的高度和速度决定于土的孔隙、有效粒径、空隙中吸附空气和水的性质以及温度等。
据文献试验数据,卵石的毛细高度为零至几厘米。
砂土为数十厘米,而粘土(相当于泥质软岩)则可达数百厘米。
因此,在整个毛细带内,事实上为软岩的进一步化学膨胀和胶体膨胀准备了条件。
正是由于这种毛细作用,才使水通过毛细空隙向各方向运动。
4、构造应力扩容机制
在地质历史时期,煤系地层经历了多期地质构造应力场的作用,岩层本身以弹性变形的形式储存了变形能。
一旦地层中掘进巷道而挖空,这些变形能将以变形的形式向相邻空区释放,宏观上表现出岩层的扩容膨胀。
另一方面,岩层在巷道成形时应力状态从三维向二维发生转变,在构造应力作用下,又极易发生破坏而产生非线弹塑性变形,这是一种与时间有关的变形。
这种变形往往导致软岩支护的宏观破坏。
其特征是方向性破坏明显,破坏程度与深度无关。
构造应力一般以水平构造应力为主,在构造应力显著地区,巷道两帮的破坏往往颇为明显。
5、水胀机制
水的作用可分为两部分,即力学作用和物理化学作用。
水的力学作用又分静水压力作用和动水压力作用。
当在含水岩层中开挖巷道时,围岩稳定性首先受到含水层地下水泄出的影响,作为一种动水压力作用使支护(如喷层)难度增大。
而一旦支护体形成,又作为静水压力作用用于支护体,增加支护体变形和破坏的可能性。
另一方面,地下水的泄出,增加了与泥质软岩接触的机会,使泥质软岩中的具有膨胀潜能的矿物剧烈膨胀,其机制是前面讨论过的晶粒化学膨胀机制和粘粒胶体膨胀机制。
6、重力扩容机制
有些软岩巷道的变形破坏明显表现出与深度有关而与方向无前的特点。
即在开挖浅部巷道时,按常规支护形式,巷道变形不很明显;当开挖到深部巷道时,变形破坏变得严重起来,而破坏的方向性不甚明显。
这些特征往往是重力机制起作用的扩容膨胀。
如广西那龙煤矿二号井即具上述特点,在开挖B8煤层巷道(深度170m)时,采用直墙半圆拱支护形式,未出现破坏性变形;当开拓A3煤巷道时(深度280m),则变形破坏十分严重,屡支屡坏。
7、工程偏应力扩容机制
巷道围岩在开挖后应力状态发生了较大改变,切向正应力发生在岩壁附近,出现局部集中现象,愈远则愈接近于原岩应力状态。
弹性理论表明,此时巷道围岩中任一点的应力状态可分解为球形应力张量和偏应力张量两部分。
球应力张量不引起形变,它是一种三向均压状态;偏应力张量引起巷道围岩的变形破坏。
因此工程开挖引起的偏应力局部集中是软岩巷道变形破坏的主要原因之一。
其特点是与开挖的断面、巷道密度和交叉方式有前。
巷道布置得,切割愈密,则其工程偏应力集中愈明显,支护亦越困难。
8、结构面变形机制
有时不同巷道通过同一岩层,顺层的巷道破坏甚为严重,穿层的巷道破坏较轻微。
这实际上是受结构面的影响而呈现变形各向异性特征。
特别是岩层中发育有软弱夹层时尤为如此。
综上所述,引起软岩巷道变形的力学原因有8种。
但详细考究,可划分为三大类,即化学膨胀类、应力扩容类和结构变形类。
各类中又依据引起变形的严重程度分为A、B、C、D等级。
显然,Ⅰ类机制均与软岩物质本身分子结构的化学特性有关;Ⅱ类机制则与力源有关;Ⅲ类则与硐室结构与岩体结构面的组合特性有关。
这三类机制基本概括了软岩膨胀变形的主要动因。
软岩变形力学机制不同,引起的巷道变形破坏特点也不一样,表12-10总结和分析了各种软岩变形力学机制下巷道破坏特点。
表12-10软岩变形力学机制与特点
类型
类型
控制性因素
特征型
软岩巷道破坏特点
Ⅰ
ⅠA
分子吸水机制,晶胞之间可吸收无定量水分子,吸水能力强
蒙脱石型
围岩暴露后容易风化、软化、裂隙化,因而怕风、怕水、怕震动。
Ⅰ型巷道底鼓、挤帮、难支护,其严重程度从ⅠA—ⅠAB—ⅠB依次减弱;
ⅠC型则看微隙发育程度。
ⅠAB
ⅠA和ⅠB决定于混层比
伊/蒙混层型
ⅠB
胶体吸水机制,晶胞间不允许进入水分子,粘粒表面形成水的吸附层
高岭石型
ⅠC
微隙一毛细吸水机制
微隙型
Ⅱ
ⅡA
ⅡB
ⅡC
ⅡD
残余构造应力
自重应力
地下水
工程开挖扰动
构造应力型
重力型
水力型
工程偏应力型
变形破坏与方向有关,与深度无关。
与方向无关,与深度有关。
仅与地下水有关。
与设计有关,巷道密集,岩柱偏小,则变形严重。
Ⅲ
ⅢA
ⅢB
ⅢC
ⅢD
ⅢE
断层、断裂带
软弱夹角
层理
优势节理
随机节理
断层型
弱层型
层理型
节理型
随机节理型
塌方、冒顶。
超挖、平顶。
规则锯齿状。
不规格锯齿状。
掉块。
三、软岩巷道变形破坏特征
1.围岩变形速度快,变形量大
2.围岩变形持续很长甚至持久变形
3.四面来压、底鼓严重
4.随巷道断面加大、或埋藏深度增大,或邻近采动影响,变形将显著增大。
5.支护方式及支护阻力对围岩变形影响较大。
第二节软岩巷道支护的经验教训
软岩巷道支护问题开始仅在褐煤田矿井比较严重。
直到两淮矿区建设中出现严重的巷道支护问题,才引起普遍关注。
软岩支护应该汲取以下经验教训:
1、单纯提高支护刚度得不偿失
软岩巷道中,因巷道变形严重,支护不久就遭到破坏,经常出现前掘后翻的局面。
此时一般的做法是不断提高支护刚度,增加支护成本,而取得的效果却是微不足道的。
如梅河三井,料石碹采用3层半料石,砌碹厚度达1.225m,仍未阻止围岩的严重变形和支护体失效;金川矿区井底车场巷道,现浇混凝土支护用重轨作筋,发碹厚度达1.5m,同样遭致严重破坏;淮南潘集二矿,巷道支护采用西德进口36kg/m的U型钢每米3架支护,成本高达1.2~2.6万元/m,仍造成U型钢压扁、裂开等破坏,反复翻修。
大量经验表明,对软岩与极软岩巷道,单纯提高支护刚度,采取以刚克刚的方法是错误的,其结果支护费用巨大,但支护效果却不理想,巷道不得不多次返修,严重影响巷道正常使用。
2、单一支护方式无能为力
软岩强度低,自稳定性差,易受环境效应、结构效应、空间效应以及时间效应等影响,围岩性质变化大,软岩巷道支护结构与围岩结构之间相互调节、相互控制作用较大,等等。
这些特点要求支护具有多种与软岩变形相适应的功能,如及时封闭围岩的功能、与围岩协调变形的功能、加固围岩残余强度的功能、让压与支撑相结合的功能,等等。
显然单一支护形式,如木支架、金属支架、U钢支架、锚喷支护、料石碹等支护形式,一般都很难同时满足以上要求,因此单一支护对软岩特别是极软岩巷道一般是无能为力。
3、单靠一次成巷达不到预期目的
传统支护一般均采取短掘短砌、立即支护、一次成巷的方式,但软岩巷道围岩变形最剧烈迅速的时期,恰好是巷道掘进初期的几个小时或几天甚至几个月。
上述一次支护方式,必然使支护承受巨大的变形压力的同时产生严重的结构性破坏,而丧失进一步承载和可缩性能,或直接影响巷道的正常使用与安全,而不得不返修。
只有采用二次支护与联合支护理论,充分利用各种支护的优势,克服其缺点,采取适应软岩变形和控制软岩变形相结合的综合方法,逐步地将围岩变形量和变形速度控制在支护许可的范围内,最后形成围岩与支护结构体实现系统的相对稳定,方能取得预期的支护效果。
4、多次翻修常使巷道愈修愈坏
一般巷道经一次翻修后压力得以释放,因而修复后的巷道一般较易维护。
而软岩或极软岩巷道治理中,常出现每次修复后支护受力与变形有所减小,但随着时间推移变形压力又迅速增长,新修巷道重新被破坏,并出现屡修屡坏,越修越坏的现象。
这主要是由于软岩或极软岩巷道,一般都位于厚层甚至巨厚软弱岩体内,在很大范围内不存在稳定结构承担外层压力,因而即使多次翻修也难以使围岩结构达到稳定状态,经过较短时间后巨大地应力就又会通过软弱的外层集中作用在支护结构之上,使支护与上次支护一样遭到破坏,而且每次破坏的形式及破坏周期也基本一致。
第三节软岩巷道大变形控制的总体原则和基本方法
一、软岩巷道支护的总体原则
1、综合治理
全面地动态地针对现场具体条件进行有效地软岩巷道支护,应首先掌握围岩的工程地质情况、岩石力学性质、物理化学性质以及水理性质,掌握地应力大小及方向,进而考虑巷道位置的选择。
在围岩早期封闭、开挖工艺、各种支护参数的确定、对水及底板的处理以及后期加固等方面,应使支护体系和围岩特性相匹配,以便克服环境效应对巷道稳定的影响。
如在老第三纪未胶结的含水砂岩中,必须采取地面排水、小阶段排水及打反孔提前排水等措施。
在含水砂岩中如不及时排水就会经常发生溃砂,舒兰矿务局曾发生多起淹井事故。
2、联合支护
联合支护是采用多种不同性质的单一支护的组合结构,能够发挥各种支护形式的优点,扬长避短,共同作用,以适应松软岩层地压与变形的要求,最终达到围岩及巷道稳定的目的。
3、长期监控
煤矿生产不确定性与模糊性强,如材料、工艺、工人素质、环境动态及生产管理等因素。
井下条件比较恶劣,监测手段又比较落后,质量保证是很难做到的。
因此,确保围岩的长期强度和支护体的稳定,根据支架一围岩作用原理,当一次支护稳定后,再进行二次支护,是保证巷道始终处于良好状态的基础。
由于软岩工程的复杂性,围岩的外载荷条件是经常变化的,而且很难正确估算,只有根据监控所提供的信息,及时修正设计参数,采取相应补强措施(甚至出现一些补喷、补锚的现象都是正常的),才能取得良好的支护效果。
4、因地制宜
因松软岩层性质的多样性,我国煤矿体制的多层次,其装备、投资、井型的不同,不可能用一种模式。
故软岩支护应依据各地成功经验,结合具体条件,因地制宜地合理选择,然后再进行优化组合,方能取得应有的效果。
因此,软岩支护的设计原则和施工方法归纳为:
调查研究,综合治理;联合支护,共同作用;监控施工,因地制宜。
只有使地质、科研、设计、施工、监测等各部门的工作融为一体,避免工程中的盲目性,提高施工的科学性,这样软岩巷道支护技术才会健康发展。
二、软岩巷道支护的基本方法
1、选择合理的层位和巷间距
在设计阶段应合理选择煤系地层的岩性,选择巷道位置。
在地质勘探过程中,要掌握岩石物理力学性质、岩石物理化学性质以及岩石水理性质,掌握主应力的大小及方向,为合理选层、选位提供依据。
在设计中布置主要巷道尽量“躲”开软岩。
为避免巷道间的相互干扰,软岩矿井禁止双巷掘进,平行巷道纯岩柱≮40m,在垂直布置上要避免上下巷重叠,垂直岩柱≮25m。
2、选择合理的支护断面
目前普遍采用的直墙半圆拱断面,适用于顶压大、侧压小、无底膨的条件。
马蹄形断面用于围岩松软,有膨胀性,顶压侧压很大,并有一定底压的巷道。
圆形断面用于膨胀性软岩,四周压力均很大的巷道中。
当四周压力很大但分布不均时,采用椭圆形并根据顶压和侧压的大小,采用竖直或水平布置。
断面尺寸要按设计尺寸加两侧收敛及顶沉量、底膨量。
预留巷道空间对,减少巷道维修,保证巷道正常使用是非常必要的。
3、优化巷道水沟位置,加强矿井水管理
软岩巷道支护对围岩稳定性的控制,现场总结出的经验是:
“治帮先治底,治底先治水”。
因此,对水的处理是保证软弱围岩稳定的基础工作。
在地下水管理方面要采取疏、导、排、截、堵措施,做到有水必冶,用水必管,积水必排。
常规设计中,水沟往往在巷旁一侧,经常导致侧墙不均匀下沉,造成碹体破坏。
因此,在软岩巷道中水沟位置应与巷帮保持一定距离,在双轨巷道中应放在巷道中部为宜。
4、巷道底板管理
防止底臌首先要治水,以防止底板软化。
大水、急水对底板影响较小,而小水、积水则很容易使底板泥化。
因此软岩巷道支护要“顶管住,帮加固,底板要封住”。
底板要管好,底角锚杆应带插角。
底板是巷道支护一部分,设计时要整体考虑综合治理。
5、选择能主动加固围岩的高阻可缩支护
软岩巷道支护体结构及强度设计时,应与加固围岩,提高围岩支承能力相结合,与围岩变形及强度相匹配,故必须采取卸压、让压与加固和支护相结合的方法。
对于高地应力,要卸得充分;对于大变形,要让得适度;对于软弱部分,要进行围岩加固;对于围岩整体,要有足够刚度支护。
因此,尽管具有剧膨胀性的鳞片状页岩,在有足够抗力支撑下,其破碎圈是有限的,不可能扩大,其膨胀势能也受到限制而不可能发展。
因为,膨胀岩的膨胀是有条件的,如果围岩不松脱,那么围岩由表及里,其膨胀势能是条阻尼曲线。
只有不断片帮冒落,不断暴露新的膨胀岩,经过风干脱水后再吸水方能产生强裂膨胀。
如果膨胀源被封闭,则其膨胀势能是恒定的。
如果巷道外载荷不变(如动压),支护强度又足够,通过U型钢的可缩性又可整体地均匀让压,那么巷道长期稳定是有保证的。
6、采用二次支护方法
为适应软岩变形特征,支护设计必须采用以锚喷网为主的二次支护、多次支护及联合支护方法。
同时必须采取底板加固措施,以防止支护体失效。
二次支护时间在围岩变形出现第一个拐点后进行。
传统的开启式支护对支护结构整体稳定性是不利的。
7、合理选择掘进工艺及输送机械
软岩抗震动性能差,除开挖时应采用机掘及风镐掘进外,而且在输送机械上也不应采用扒斗机及矿车运输,以减少对围岩的扰动。
据测量,绞车道每提升一次能导致围岩变形0.5~1mm,电机
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