关于煤矿深部岩巷围岩稳定与支护几个问题的认识.ppt

对煤矿深部岩巷围岩稳定与支护几个问题的认识 刘泉声 中国科学院武汉岩土力学研究所 2007年11月15日于安徽理工大学 目 录 煤矿深部围岩特点 深部围岩稳定控制对策 信息化施工与围岩稳定控制 结 语 软弱、裂隙发育 深部：埋深＞800米 高地应力 高渗透压力 高温度梯度 一、煤矿深部围岩特点 深部围岩 高地应力作用 ①垂直原岩应力20MPa以上，水平构造应力是垂直应力的1.25~2.5倍→接近或超过岩体峰值强度，超过岩体长期强度。 γH ②岩体从三向应力状态转化为二向应力状态，二次应力重分布导致应力集中，→超过岩体强度。 二次应力 重分布 ③岩体骨架发生滑移和扩容，产生塑性变形，使得围岩显示出明显的塑性变形 和流变性。 高渗透压的作用 开挖前：深部围岩处于很高的水头压力作用下，围岩体内孔隙压力很高；呈饱和状态。 开挖后： 在裂隙连通发育处，近表围岩内孔隙压力→ 大气压力，孔隙压力大大减小，有效应力大大增加→围岩破坏失稳。 在裂隙不够发育处，通风引起的疏干失水速度大于渗流速度，近表围岩很快由饱和状态进入非饱和状态，毛细张力的作用导致张性破裂→围岩破碎失稳。 高温度梯度的作用 通风造成开挖扰动区内产生较大的温度梯度（特别是冬季），引起附加的温度应力、附加变形及围岩离层→破坏围岩完整性，影响围岩稳定。 高地应力问题 围岩的完整性 所处的应力状态 Carrara大理岩强度及变形特性随围压的变化 根据岩石力学试验结果:任何岩石在三向应力状态下的强度高于二向应力状态高于单向应力状态下的强度；当围岩处于三向应力状态时，随着侧向压力增大，其峰值强度和残余强度都会得到提高，并且峰值以后的应力-应变曲线由应变软化逐渐向应变硬化过渡，岩石由脆性向延性转化。 二、深部围岩稳定控制对策 围岩 稳定性 围岩固有强度 巷道开挖 支护 加固 三向应力状态 （开挖前） 围岩稳定 恢复 三向应力状态 二向应力状态 提高 围岩强度 改善 围岩完整性 巷道开挖后必须尽快将围岩的二向应力状态恢复到三向应力状态：改善和恢复应力状态的措施越及时，围岩破裂扩展的程度越轻，围岩的完整性保持得越好。 必须在最短的时间内施加足够大的支护抗力：围岩自由面上的压应力恢复的程度越高，围岩完整性和强度保存度越高。 必须给围岩提供足够高的抗剪强度：抗剪强度越高，围岩内部剪切滑移变形越小，越有利于保持围岩完整性，保存围岩整体强度。 必须选择适当的时机对损伤的围岩进行及时修复，使损失的强度得以恢复甚至提高，这是确保围岩稳定的重要预后措施。 不同类别的深部围岩，应采取不同的围岩稳定控制对策→ 研究适合深部围岩稳定控制的围岩分类体系。 深部围岩分类体系 Ⅰ类：完整坚硬岩石与较硬岩石。遇水不易软化，层间胶结好，无软弱夹层；岩体纵波波速vp＞5000m/s，岩体强度应力比≥2.0。4～5m跨度的毛洞无支护状态下能够稳定一个月以上，会出现小块掉落。岩种举例：部分灰岩、石英砂岩；胶结好的砂砾岩、粗砂岩、中细粒砂岩等。如顾桥矿井底车场。 Ⅱ类：较完整坚硬岩石与较硬岩石；完整较软岩石；块状坚硬岩石。遇水不易软化，层间胶结较好，结构面以原生和构造节理为主，闭合不贯通，无软弱夹层；较完整坚硬岩石，可能有少量小断层，结构面较发育，以原生和构造节理为主，多数闭合，偶有泥质充填。岩体纵波波速4000m/s＜vp≤5000m/s，岩体强度应力比1.5≤＜2.0。 4～5m跨度的毛洞无支护状态下能够稳定1周以上。岩种举例：胶结稍差的粉砂岩、细砂岩、粗砂岩；部分灰岩、石英砂岩等。 Ⅲ类：较完整较软岩石；块状较硬岩石；完整软弱岩石。层间胶结较好，偶见软弱夹层；结构面发育，节理面多数闭合，少数有泥质充填，块体间牢固咬合。岩体纵波波速3000m/s＜vp≤4000m/s，岩体强度应力比0.8≤＜1.5。 4～5m跨度的毛洞无支护状态下能够稳定1～3天。岩种举例：砂质泥岩、砂质粘土岩、粘土岩、页岩、粉砂质粘土岩、砂页岩互层；胶结较差的中粗砂岩、粉细砂岩等。 Ⅳ类：较完整软弱岩石；块状较软、软弱岩石；破碎岩石。层间胶结差，易风化剥落或遇水易软化；结构面发育，以构造节理、卸荷风化裂隙为主，贯通性好，多数张开、夹泥，夹泥厚度一般大于结构面起伏高度，咬合力弱，构成较多不稳定块体。岩体纵波波速vp≤3000m/s，岩体强度应力比＜0.8。 4～5m跨度的毛洞无支护状态下不能稳定，开挖前必须进行超前支护，一般需要采取锚喷、注浆、支架等多种手段联合支护才能维护巷道长期稳定。岩种举例：炭质页岩、炭质泥岩、花斑状泥岩、软质凝灰岩、软质粘土岩、中强风化页岩、铝土质粘土岩、煤、破碎的各类岩石。如顾北矿井底车场。 完整性定义： 完整——完