高应力软岩资料

高应力软岩巷道特点《高应力软岩巷道聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳复合衬砌新技术研究及应用》马守龙庞建勇2008年5月安徽理工大学硕士学位论文高应力软岩巷道工程地质特征1)围岩结构特征:高水平应力软岩岩体结构多为碎裂结构、节理发育，岩石强度较高，岩体的强度和模量较低。2)地应力特征:原始地应力状态表现为巷道的水平应力高于垂直应力，造成这种状况的原因在于巷道布置在地质构造应力带中以及地形地貌变化剧烈的地表浅部。3)围岩变形破坏特征:严重底鼓，直墙内鼓，拱顶剪切剥落。高应力软岩巷道变形破坏特征实践和各种分析结果证实，高应力软岩巷道围岩变形破坏具有以下特点:1)变形量大巷道的收敛变形从数厘米到数十厘米，最大可达1.0m以上，严重者可封堵整个巷道。从变形破坏来看，岩体以挤出大变形为主，有巷道侧帮的张拉挤出破坏，有巷道顶板挤出下沉，也有巷道的强烈底鼓。2)初期变形速率大并有明显的时间效应巷道开挖后，主要表现为初始变形速度很大，在高应力的作用下，变形趋向稳定后仍以较大的速度产生流变，且持续时间很长，具有明显的时间效应。如果不采取有效的支护措施，围岩变形的急剧增大，势必导致巷道的失稳破坏。3)围岩变形有明显的空间效应对于高应力软岩巷道工程，巷道所在的深度不仅对围岩变形和稳定状态有明显的影响，而且影响程度很大。埋藏深度越大，即使围岩强度较高，其破坏程度也会很大，维护也十分困难。4)伴随有两帮的剧烈位移拼5)对应力扰动和环境变化非常敏感主要表现为巷道受临近开掘、水的侵蚀、支架折损失效、爆破震动及采动影响时，都会引起巷道围岩变形破坏的急剧增长。变形特点1.《高应力软岩下矿井巷道支护》尹光志，王登科，张东明《重庆大学学报(自然科学版)》第30卷第lO期2007年10月高应力软岩一旦形成，在这些软岩体中掘进的巷道和硐室显示出来的变形特征与硬岩巷道的截然不同，具体表现为：1)围岩变形量大。高应力软岩自身特征决定了该区域的巷道变形量大的特点，其中巷道的水平收敛量要比拱顶下沉量要大得多。一般为数厘米至数十厘米，表现形式有两帮内移、尖顶和底鼓。2)初期变形速率大。由于水平构造压应力大于垂直应力，巷道在掘进时卸载迅速，来压快，表现为巷道的初期变形速率大。3)巷道变形具有时效性。巷道围岩具有显著的流变性，表现为明显的时效性。当岩体流变所产生的围岩变形过大，使得巷道支护体无法适应而失效，围岩再次恶化并剧烈变形。2《高应力软岩巷道破坏机理及锚注技术研究》黄慧超西安科技大学2006年4月18日硕士论文高应力软岩巷道围岩变形破坏的类型不同，具体特征如下:1)强时效性(历时性)、强流变性和大变形。高应力软岩巷道围岩变形表现为强时间效应和持续的流变特性，变形很大目_保持连续，如煤矿中有的巷道20余年底鼓不止，累计底鼓量达数十米。一般来说，变形持续时间为25-60天，有的长达半年以上仍不稳定，巷道围岩在支护良好的情况下，其变形量一般在60-100mm以上，甚至可达到300-5OOmm;如果支护不当，围岩变形量更大，在300-1000mm以上的变形量司空见惯。2)自稳时间短，初期变形率大。巷道掘进的1-2天，变形速度少的5-1Omm/d多的达50-100mm/d。深井巷道围岩在高应力作用下，围岩出现应变软化现象，围岩自稳时间短，一般仅几十分钟到十几个小时，动压作用时还会影响自稳时间。3)巷道变形的非对称性和时序性。①巷道开始先两帮变形到一定程度时，底板鼓起，其中底鼓量占总移近量的70%-80%，同时顶板下沉、开裂;②在巷道顶板破坏前，底鼓速度和两帮速度大十顶板下沉速度;③巷道上帮移近量大十下帮，前者为后者的11一14倍。另外，高应力软岩巷道在开挖时，还具有四周来压、对外界敏感性、高应力劈裂、高应力对称台阶以及高应力压剪台阶等特性。《深部高应力膨胀性软岩巷道喷锚注支护研究》黄慧超任永平煤矿深部软岩特点①抗压强度低。煤矿深部软岩的抗压强度通常小于20MPa，由于其深度较大，围岩应力也比较大，致使部分岩体的抗压强度变的更小。地温可以使岩体热胀冷缩破碎，而且岩体内温度变化1℃可产生0.4-O.5MPa的地应力变化。当巷道开挖时围岩的应力状态发生改变，在一定范围内围岩因开挖卸荷而松动，岩石内部会出现损伤，从而导致深部软岩的抗压强度降低。浅部的原岩大多处于弹性应力状态，而深部的原岩处于“潜塑性”状态，导致在浅部的“硬质”岩石，在深部表现出蠕变性强的“软岩”特征，也是一个重要原因。②具有膨胀性。内部膨胀是层间膨胀、外部膨胀是颗粒间膨胀，扩容膨胀则是集合体间隙或更大的微裂隙的受力扩容。前者的间隙是原生的，后者主要是次生;前两者是水作用下的物理化学机制，而后者属于力学机制，即应力扩容型。③无可选择性。对于给定的矿区，软化临界深度与软化临界载荷都是客观存在的。当巷道位置大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护现象。目前，随着浅部资源的减少和开采技术的提高，煤矿深部开采势在必行，深部软岩问题将更加普遍，且无法回避，具有强不可选择性。④围岩埋藏深。近年来，大部分软岩生产矿在深度转移，部分老矿井开采深度500-700m，新建矿井深度多在600-900m。随着深度的增加，深部软岩巷道的支护问题将愈加显著。⑤围岩应力高。许多矿井围岩应力已经达到10-20MPa，甚至更高。一般认为，岩层自重引起的垂直应力随深度增加呈线性增大。而水平应力的变化规津比较复杂，根据世界范围内116个现场资料的统计[，埋深在1000m范围内时，水平应力为垂直应力的1.5-5.0倍;埋深超过1000m时，水平应力为垂直应力的0.5-2.0倍。（2)深部软岩变形特征深部工程岩体分为3类:①泥质岩类、泥质或钙质胶结的砂岩类;②铁质或硅质胶结的砂岩类、结晶岩类;③结构面岩体。泥质岩类、泥质或钙质胶结的砂岩类在深部主要为挤出大变形。铁质或硅质胶结的砂岩类、结晶岩类在在深部状态下为岩爆和片帮;结构面岩体在深部状态下主要表现为结构面法向拉一压大变形和沿结构面剪切大变形。深部工程岩体的破坏特征主要分为两类:猛烈的岩爆破坏和相对缓慢的塑性大变形和剪切大变形，其中塑性大变形包括挤出一膨胀大变形和结构面拉压大变形。深部软岩巷道破坏发展过程为:发生大变形~破裂一碎裂一整体失稳。深部巷道掘出后，在空间上四周围岩向巷道内移动，在时间上可分为非稳定变形区和稳定变形区。适应深部巷道围岩变形的特征，以提高支架控制底朦为目的的全封闭型支护形式。同时，二次支护是深部巷道支护的主要原则，它要求支架在巷道围岩非稳定变形区内可缩，在稳定变形区内具有一定的刚度，支架、围岩组成承载体，提供支撑力，达到巷道围岩稳定。根据谢一矿、潘三矿、柳河矿、华丰矿、台吉矿、祁南煤矿等深部软岩工程实践，总结分析深部软岩巷道的工程特征:围岩变形量大，收敛速度快，持续时间长;垂直应力高，底鼓严重约800mm以上;高温与热害现象、煤与瓦斯突出和冲击地压等较为突出，也是深部软岩的一个重要特征。高应力软岩巷道研究的意义锚注加固软岩巷道机理分析及合理注浆时间的确定宋晓辉乔卫国山东科技大学硕士学位论文目前，中国原煤年产量为21.9亿吨，位于世界首位。与之配套的巷道掘进量是每年约6000km，其中10%以上的巷道为软岩巷道。同时，由于多年的开采，浅部易开采的煤炭资源日益减少，所以不得不转向开采深部煤炭资源。据有关统计表明，中国立井深度在20世纪50年代平均不到200m，而90年代平均已达600m，相当于平均每年以lOm的速度向深部发展;生产矿井上世纪八十年代平均深度为288m，而1995年平均深度为428m，平均年降深为9.39m。随着开采深度的增加，软岩矿井的数量也在不断增加。因此，软岩工程问题引起了岩石力学工程界、矿业开采界的重视和关注。中国煤矿软岩巷道的特点，使得软岩巷道支护问题成为困扰中国煤矿生产建设的重大问题之一。1.《高应力软岩下矿井巷道支护》尹光志，王登科，张东明《重庆大学学报(自然科学版)》第30卷第lO期2007年10月随着煤矿开采深度的不断增加，井下巷道将处于更高的地应力环境中，尤其在地质构造活动强烈的地区，残余构造应力比较大，岩石的力学性质也发生了变化，结果给煤矿巷道支护及稳定性带来了很大的难度，从而成为制约煤矿企业向深部开采的瓶颈。因此，研究高地应力软岩环境下巷道科学的支护方式是保证矿井采掘深部煤层的关键。2《高应力软岩巷道耦合支护》柏建彪王襄禹，姚枯中国矿业大学学报36卷4期2007年7月软岩巷道在我国分布广泛，“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，并且随着矿井开采向深部延伸，原岩应力与构造应力不断升高，使得高应力软岩巷道围岩稳定性控制问题成为困扰煤矿安全生产的主要难题．3《高应力软岩巷道破坏机理及锚注技术研究》张琨任建喜随着我国矿井开采深度的逐年加大，采深由浅部向深部发展，巷道的围岩应力也随矿井的深度增加而加大，围岩条件变得复杂，出现了地压显现（巷道围岩应力）十分强烈，巷道变形急剧增大，巷道底鼓及巷道两帮片帮严重，并且在一些岩巷中有岩爆发生，地温普遍增大等现象。这些都严重危了巷道围岩稳定性和巷道维护并成为制约深部开采矿井安全生产的主要因素。全国煤矿顶板事故有1/3~1/2就发生在巷道工程中，而且有不断增加趋势因此深部巷道围岩的稳定性控制是目前深部开采矿井正面临的急需解决的问题。《煤矿开采中的地应力及其研究》孙守曾郭忠平对矿山开采而言，地应力是引起采矿工程围岩、支护变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多影响采矿工程稳定性的因素中，地应力是最主要和最根本的因素之一，准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算、矿井动力现象区域预测，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。以前的采矿工程设计和施工中较少考虑地应力的影响，当采矿活动在较小规模范围内或地表浅部进行的时候，这种方法还是可行的。但是随着采矿规模的不断扩大和不断向深部发展，特别是数百万吨级的大型矿井的出现，地应力的影响会越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工，往往造成地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，影响了矿井安全生产。《深部高应力膨胀性软岩巷道喷锚注支护研究》黄慧超任永平深部开采是煤矿和非煤矿未来发展的必然趋势。深部软岩巷遭围岩稳定性挂制是当前矿业工程深部采掘活动的难点问题之一，能否解决好深部软岩巷道的支护问题，是矿井开采向纵深发展和安全生产的关键。喷锚注支护是注浆加固滞后于传统支护的一种新的支护技术，系统研究其支护能力及工程应用，具有重要的理论意义和工程应用价值。深部开采是煤矿和非煤矿未来发展的必然趋势。随着开采深度的加大，我国大部煤矿都出现了不同程度的软岩灾害，常导致矿井停产、停建等事故。煤炭资源在我国一次性能源构成中占70%，煤矿深部软岩问题一直是困扰煤矿生产和建设的重大难题之一。我国探明的煤炭资源占世界总量的11,1%，而埋深在1000m以下占煤炭资源总量的53%，大于600m的约占73%。巷道掘进速度约6000km/a，深部软岩巷道的占年巷道总量28-30%，而软岩巷道的返修率高达70%以上，尤其是深部软岩巷道破坏更加严重，据顿巴斯煤炭科学研究院研究，从600m开始采深每增加100m，顶底板移近量增加10-11%。我国煤矿部分已进入深部开采，如沈阳采屯矿采深达1197m、长广煤矿达1000m、新演孙村矿1055m、北票冠山矿1059m、徐州张小楼矿1100m、开滦赵各庄矿1159m等。目前，煤矿采深以8-12m/a的速度增加，东部矿井正以10-25m/a的速度发展，预计未来20a，很多煤矿将进入1000-1500m的开采深度，深部开采的问题将越来越突出。软岩巷道支护仍是当今世界地下工程中一项重要而复杂的技术问题，深部软岩巷道支护是一个重要的研究方向，它是老矿井向纵深发展的关键性技术之一。长期以来，我国煤矿处于浅部开采阶段，与德国、前苏联、日本、波兰等国相比，深部开采经验不足。近年来，我国大部分矿井己进入深部开采，许多专家、学者为此进行了大量的理论研究和工程实践取得了一些成果，但深部软岩巷道支护依然面临新的难题与挑