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,昆明;ッ骼砉ご笱土资源工程学院,昆明摘要:某铅锌矿卸文喜刻恐是堆蚁锏牢а矣αΩ撸湫未螅M诤笠姿剑阎护,严重影响着矿山的安全生产和开采进度。。具有较强的吸水性、易软化和崩解破坏。在现场巷道典型断面开展了松动圈声波测试,结果表明,巷道松动圈范围为,属于大松动圈Ⅳ.嗳硌摇8荽笏啥ψ楹瞎支护理论,提出超前注浆趺M钢拱架的主被动联合支护技术,并确定了相关支护参数。千枚岩巷道的变形和稳定。研究成果为矿区炭质千枚岩巷道的支护提供了理论依据。同时也运用大型岩土工程分析软件对比分析种Щし桨赶孪锏赖奈榷ㄐ裕钪杖范ǚ桨W钣胖Щし桨福闯白⒔喷锚网止凹苤Щ钢拱架间距能够较好地控制炭质为类似软岩巷道的支护方法提供参考。关键词:炭质千枚岩;软岩巷道;松动圈测试;;联合支护中图分类号:文献标识码:文章编号:..—,作者简介:郭延辉,男,陕西延安人,博士,副教授,主要从事地下空间与工程领域的研究。;瓼如蒯,諧崭迦掌冢修改稿基金项目:国家自然科学基金中智国际厍合作与交流重点项目辉颇鲜』⊙芯棵嫔舷頔恢泄┦亢罂蒲Щ薄￡琣。琄:,,.甌·,,..瑃,,;籰;;猰篻..
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こ痰刂侍跫治引言扩大,深埋极软岩巷道的变形失稳问题也越来越突深埋极软岩巷道通常具有如下特征:①巷道埋深大,构造应力高,受采动影响严重;②围岩松散破碎,具有较大的流变性:③巷道围岩遇水后极易崩解,强度降低较快;④巷道变形量较大,持续时问长。对于深埋极软岩巷道,,巷道围岩变形则愈加剧烈,。因此,’。在深部高应力极软岩巷道稳定性支护和控制方面,国内外学者开展了大量研究并取得诸多成果。何满潮、孙晓明等在分析软岩大变形的特征和机制基础上,提出以恒阻大变形锚网索联合支护为核心的主动支护技术体系;文献诟咴应力高强支护理论,研发了适用于煤矿锚杆支护的成套技术:王晓蕾等一采用层次注浆工艺对巷道破碎围岩进行加固,并与传统注浆工艺注浆效果进行对比,提出层次注浆工艺整体优于传统注浆工艺。孟庆彬等蟹⒘艘阅谧⒔8宋:诵牡拿杆十锚索Wⅰ叭!绷:现Щぬ逑怠9踊缘萚通过数值模拟和现场试验等方法研究了深部高应力松散破碎软岩的支护控制技术。刘泉声等某矿山深部破碎软弱巷道支护难点和支护机制研究的基础上,提出了适用于该矿山围岩的分步联合支护技术和措施。然而随着深部岩体工程的不断进行,深部高应力条件下极软岩巷道的支护依然面临诸多新的难题。,基于理论分析、室内实验、现场测试与数值仿真等综合技术手段,探讨深埋炭质千枚岩巷道主被动联合支护技术,可为矿区巷道支护提供理论依据。矿区概况系、侏罗系中统、三叠系中统、泥盆系中下统、志留系、奥陶系、寒武系公养河群变质岩等。矿体走向接近南北方向,矿带延伸约,矿体主要分为Ⅱ、Ⅲ号两个矿群。其中矿区炭质千枚岩分布范围广,Ⅱ号矿群大部分矿体直接顶板为炭质千枚岩,大量的开拓采准工程布置在此岩层中。矿区中段南部炭质千枚岩巷道围岩应力高。变形大,开挖后易塌方,极难支护,严重影响着着矿山的生产能力和开采进度。炭质千枚岩的特性吸水能力的强弱说明矿物所含亲水物质的多少。。由于毛细作用,试样的吸水能力从外观上直接体现在其遇水后浸润线的迅速上涨,随着时间的推移,试样的浸润线逐渐上涨。院螅恐视诿堆沂匝和并发生破坏,吸水饱和、破坏过程如图尽试验表明炭质千枚岩吸水性较强,易软化,崩解。室内自由膨胀率试验结果表明,炭质千枚岩的自由膨胀率为%,属于中膨胀性软岩。由于炭质千枚岩松软破碎,现场无法取到完整岩块开展相关力学试验。现场调研结果表明,炭质千枚岩巷道应力高,开挖后变形破坏大,难以自稳,冒顶、片帮严重。年第郭延辉,等:深埋炭质千枚岩巷道松动圈测试及主被动联合支护研究暾已胨,岩性吸水饱和,完全破坏炭质千枚岩吸水试验照片图
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锏牢а宜啥Σ馐约***治咖姗湖㈣。所采用的方法为声波测试法、!O锏牢三心拱形,断面尺寸为2馐陨璞为猄智能型分机体声波仪,配一发双收径向换能器。测试各设备连接图如图尽#殖声波测试示意图如图Q∪中段南巷炭质千枚岩一个典型的断面进行测试。测试断面共布置鯪,分别为巷道拱顶、两帮中间、顶板左右侧斜向上。。从左帮中间位置钡孜狝,沿顺时针方向分别为、,采用等深度顺次推进的方法,由孔至孔底,每隔舛烈淮巫莶ù,并作出波速随孔深的变化曲线;根据曲线的转折情况找出原岩体和松弛层的分界,确定松动圈范围。现场测试过程中。炭质千枚岩遇水易崩解、软化,但这种软化和崩解需要一定的时间。由于一个孔的测试时间相对较短,炭质千枚岩测试时间内的崩解软化程度,对测试过程影响较小。图8鞑饪撞ㄋ賧。随孔深￡的变化曲线。各测孑ㄋ偎骀軱深的整体变化趋势比较一致,都是在孔口位置波速较低,随着测试深度增加,波速也逐渐增加,在波速达到峰值后并逐渐趋于稳定。其主要原因是巷道爆破开挖时对测口附近扰动影响较大,而随着测试孑畹脑黾樱姨迨芸M诒破等影响逐渐减小,当到达一定深度后,岩体几乎不再受影响,测试声波也趋于稳定。、鯪的最终波速均稳定于浇R虼耍个测孔松动圈范围均为W酆戏治觯钪杖衔中段南部炭质千枚岩的松动圈范围为L恐是堆蚁锏浪啥范围示意图如图尽8菹锏乐Щに啥Ψ类扇范ㄌ恐是堆蚁锏朗粲诖笏啥Β簟嗳硌摇=岷舷殖√恐是堆蚁锏朗导势苹底态,考虑以大松动圈嗳硌叶韵锏澜兄Щぁ地下空间与工程学报第卷图ú馐愿鞑糠稚璞噶邮疽馔图ú馐允疽馔图鱊籐曲线’一镧鲻孔深,‘中暑
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白⒔,具有围岩收敛变形快、持续时间长、松动圈碎胀变形量大等特征。由于锚杆锚固力小,无法有效地提高嗣岩的强度,仅靠锚杆或喷锚网来控制大松动圈巷道围岩变形破坏非常困难。很多大松动圈巷道在巷道开挖后还来不及支护的情况下,就已经失稳,在此情况下,可以通过超前注浆来提高围岩强度。超前注浆的主要目的是在未开挖巷道顶板形成固结等效层,以保证巷道开挖过程中不失稳。。根据大松动圈组合拱支护理论,针对矿区卸文喜刻恐是堆蚁锏溃岢觥俺白⒔缑M钢拱架”主被动联合支护方案,设计支护方案如图尽炭质千枚岩巷道超前注浆缑M钢拱架主被动联合支护参数如下:锏蓝グ宄霸ぷ⒔庸滩捎胋注浆锚杆,长度为獠褰。~。,前后两排搭接长度不小于W⒔沽ξ..根据压力变化情况采用水泥浆单液或水泥一水玻璃双液注浆。凹庸套⒔崾螅沧槽钢钢拱架,在钢拱架与巷道之间铺设金属网,金属网长、宽裎,两片金属网搭接应不小于妹8私ǜ止凹芎徒鹗敉潭ǎ8瞬用交错布置并用水泥药卷锚固,两排锚杆之间采用梅花形布置,锚杆间距和排距均为。随后对巷道断面喷浆,初次喷浆厚度为垦长度不大于昂罅脚鸥止凹苤涞奈示嘌∪5毕锏谰蚪未锏笥惺保跃进段进行复喷混凝土,喷浆厚度应盖住槽钢,喷射混凝土强度等级为计算模型的建立及计算方案为验证卸文喜刻恐是堆蚁锏馈俺注浆缑M钢拱架”主被动联合支护方案的可行性,同时优化钢架间距。采用有限差分法航⒘中段南巷炭质下枚岩巷道啥Σ馐郧主被动联合支护的力学模型,,图喷锚网模型图,图3白⒔钢拱架模型图。模型顶部施加的荷载为D馍喜罡惭业淖灾睾稍亍2捎肕狢屈服准则【:深埋炭质千枚岩巷道松动圈测试及主被动联合支护研究图镌馑啥Ψ段居镣图白⒔喷锚网止凹苤鞅欢:现Щな疽馔×。.’。~,
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篓篓禚/鑓餮篓缚/约觯#篓篓。。甿鞧萎翟鬻黑淼计算方案为:①无支护;②喷锚网支护鞣虎鄢白⒔喷锚网支护:④超前注浆缑MЩ钢拱架支;⑤超前注浆缑MЩ钢:⑥。超前注浆锚杆采用峁沟ピDD图,超前注浆锚杆长度为獠褰俏!G昂罅脚糯罱映ざ任Mü白⒔8俗⒔笮纬删取⒌ヒ唤质同厚度的等效加固圈,既能加固未开挖的围岩,又能支撑开挖区同岩。。计算参数根据现场调研,室内试验结合类似叹槿值㈡,最后选取炭质千枚岩,超前注浆等效加固体和缟浠炷廖锢砹ρР问。超前注浆锚杆和普通锚杆参数见表8种С虐凑盏釉理,综合考虑其横截面积,惯性矩等参数,见表计算结果与分析计算表明,在巷道顶底板位置产生水平应力集中,其中顶板水平应力集中程度要高于底板。而在巷道两帮中间位置,垂直应力发生明显集中。方案锏烂挥胁扇∪魏沃Щな保锏蓝グ搴偷装宀的最大拉应力为悍桨巷道采用喷锚网支护后,巷道顶板和底板最大拉应力分别为欢桨,采用超前注浆缑M钢拱架主被动联合支护后,巷道顶板和底板最大拉应力进一步降低,分别为5辈捎梅桨后,⒔8钢拱架模型图表鞑牧衔锢砹ρР问表8嘶静问表止凹芑静问钢拱架和恒一“痑./·
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;荟靴艄们蛳啪邮娜姗。。。。.。”¨黜得到的顶板和底板最大拉应力分布如图所示。可见,从方案,巷道同岩的的支护强度逐渐提高,而巷道顶板及两帮所出现的最大拉应力逐渐降低,且各方案顶板的最大拉应力要大于巷道两帮。其中方案头桨在顶板和两帮最大拉应力相差较小。图为方案锏牢а矣αΨ植纪肌表<扑愕玫降母鞣桨盖榭鱿孪锏辣砻孀大位移量,图为方案锏牢а椅灰品植纪肌当方案锏啦徊扇∪魏沃Щさ奶跫拢锏赖亩底板及两帮变形较大。塑性破坏范围较深,巷道已经不能自稳,这与现场巷道实际情况较一致。当巷道采用方案缑MЩず螅锏蓝グ澹装寮傲帮累计位移明显下降,但是整体位移均较大,巷道仍然处于破坏状态。当采用方案Щず螅捎诓用了超前注浆。所以巷道顶板位移有了明显下降,但是巷道两帮水平位移仍然较大。当采用方案即在方案幕∩显黾恿烁旨苤Щず螅锏蓝サ板及水平位移有了明显的下降,顶板和底板最大位移量为方案%,结合巷道围岩应力分布,锚杆及衬砌受力状态,认为这两种方案情况下,巷道均处于稳定状态。若采用方案诟架间距为榭鱿拢确桨情况下成本增加较多。分析各支护方案下巷道围岩塑性区分布特征可以发现,随着方案Щで慷鹊脑黾樱锏浪性区范同和深度呈现逐渐减小的趋势。在方案不支护的情况下,巷道围岩塑性区分布范围较大且深,巷道顶板塑性区深度大于两帮及底板,巷道变形破坏严重,与现场实际情况相符;方案捎妹网喷支护后,巷道塑性Ⅸ范同有所减少,但塑性区深度仍然较大,巷道变形破坏严重:方案捎贸前注浆缑MЩず螅锏雷畲笏苄郧徊郊小,但塑性区深度仍然较大,巷道围岩仍处于破坏状态:方案窃诜桨的基础上增加钢拱架支护旨芗渚.,巷道塑性区深度明显降低,但其塑性Ⅸ深度仍不能满足巷道稳定要求:采用方案年第郭延辉,等:深埋炭质千枚岩巷道松动圈测试及主被动联合支护研究图各方案最大拉应力分布图畲笾饔αυ仆钚≈饔αυ仆图方案锏牢а矣αΨ植纪表锏辣砻孀畲笪灰屏单位:方案:顶板底板左帮右帮倒擐斗略’丘互山至一石五;目
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一畦~愀:【⋯结论劬综合以上分析,根据炭质千枚岩巷道围岩应力特征及位移变化情况,锚杆、衬砌及注浆等效体受力状态,同时兼顾经济性,认为方案闯白⒔缑M钢拱架支护旨芗渚巷道的长期稳定与安全使用。殖〉餮泻褪夷谑匝楸砻鳎笄恐是殖∷啥Σ馐越峁砻鳎恐是堆蚁岩。根据大松动圈组合拱支护设计理念,提出了“超前注浆缑M钢拱架”的主被动联合支护方案,并确定了相关支护参数。状卫肍源腷峁沟元,构建了三心拱钢拱架支护模型。建立了超前注学模型,通过植煌桨傅氖的D猓孀胖Щ最大拉应力逐渐降低。综合分析确定方案W佳,即超前注浆缑M钢拱架支护旨芗渚的长期稳定与安全使用。.&砌蛐加——∞头桨支护后,巷道围岩现在状态下塑性区范围和深度进一步降低,巷道围岩已处于稳定状态,。的主被动联合支护方案能够控制炭质千枚岩巷道的变形,保持岩岩性较差,强度低,遇水易软化崩解,属于中膨胀性软岩。巷道开挖后,其变形破坏大,难以自稳,冒顶、片帮严重,极难支护。道松动圈厚度为J粲诖笏啥Β簟类软浆缑M钢拱架主被动联合支护的复杂三维力强度的增加,巷道的变形、塑性区范围以及产生的能够控制炭质千枚岩巷道的变形,确保巷道唧量;哪地下空间与工程学报第卷怪蔽灰圃仆哒棒産一∞∞—,:瓹:栈S眩酰趴的龋哂αζ扑橄锏婪赂倒土支护与控制对策叵驴占溆牍こ萄Пǎ.,温保滦拢汗剑龋畈咳硌夜こ檀蟊湫瘟学分析设计系统沂ρв牍こ萄Пǎ...咖嗜纭吐∞一取皿拧蕖一—∞瞻—辀姗∞∞栅—,.,琙,.—∞∞乳∞瞻—瞓一口眈∞瞻—瞓——∞甶啊∞取∞—一;
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