【摘要】：膨脹軟巖巷道圍巖黏土礦物含量高、自身強(qiáng)度低、親水膨脹性強(qiáng),在復(fù)雜地應(yīng)力和水理作用下極易發(fā)生變形失穩(wěn)。結(jié)合小屯礦軌道大巷支護(hù)變更工程實(shí)踐,通過地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場觀測及室內(nèi)試驗(yàn)等手段分析發(fā)現(xiàn):巷道滲水量大,圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、孔隙率高,膨脹性黏土含量高,水化作用后耐崩解性差都加劇了圍巖的變形失穩(wěn)。針對性地提出以格柵鋼架為主體結(jié)構(gòu)的"全封閉格柵鋼架+掛網(wǎng)+錨桿+噴射/澆筑混凝土"聯(lián)合支護(hù)體系,通過數(shù)值模擬,揭示了全封閉支護(hù)設(shè)計(jì)的整體性優(yōu)勢,并對支護(hù)方案的格柵鋼架間距和錨桿長度進(jìn)行優(yōu)化,制定出適用現(xiàn)場工況的鋼架規(guī)格參數(shù)及其施工工藝流程。同時(shí)輔以集水坑降低底板水位,最終以全封閉格柵鋼架為主體結(jié)構(gòu)的聯(lián)合支護(hù)體系有效地控制了巷道圍巖變形,在小屯煤礦膨脹軟巖巷道取得了成功應(yīng)用。
【圖文】：

向南東，傾角為8°～10°。井田選用平硐開拓方式，3條平硐水平標(biāo)高均在+1395m。大方縣位于貴州西北部，降雨豐富，地下水含量高，喀斯特地形發(fā)育。特別進(jìn)入2014年8月，天降暴雨，多個(gè)工作面曾發(fā)生大規(guī)模涌水，平硐部分地段地下水積聚，排水溝沖毀，影響礦井的正常生產(chǎn)。在六中車場至后段的平硐，大巷圍巖轉(zhuǎn)為以泥質(zhì)膨脹軟巖為主，由于泥巖自身強(qiáng)度低，具有很強(qiáng)的遇水膨脹性和崩解性，在部分地段產(chǎn)生底臌量相繼近1m，同時(shí)伴隨著圍巖開裂、頂板下沉和兩幫收斂嚴(yán)重等狀況，對煤礦的安全生產(chǎn)和巷道圍巖穩(wěn)定十分不利(見圖1)。(a)大巷頂板下沉(b)大巷片幫圖1小屯煤礦大巷圍巖變形Fig.1DeformationofmainroadwayinXiaotuncoalmine

部地段巷道斷面已不滿足運(yùn)輸、通風(fēng)需要，并存在在大面積塌方威脅。上述現(xiàn)象在3條大巷中普遍存在，影響距離累計(jì)達(dá)上千米，成為煤礦不容忽視和亟待解決的技術(shù)難題之一。2.2室內(nèi)試驗(yàn)為了更好地揭示泥質(zhì)膨脹軟巖的物理化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)特性，于軌道平硐變形段周圍鉆取巖芯并在掘進(jìn)迎頭和工作面收集相應(yīng)層位石塊，進(jìn)行了相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)。2.2.1X射線衍射分析軌道大巷變形段圍巖以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和砂質(zhì)泥巖為主，分別在八中車場鉆取的巖芯選取相應(yīng)層位的3種巖性的巖石進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)，對其礦物組成及含量進(jìn)行分析，如圖2所示，礦物成分含量見表1。衍射角2θ/(°)(a)泥巖衍射角2θ/(°)(b)砂質(zhì)泥巖衍射角2θ/(°)(c)泥質(zhì)粉砂巖圖2不同巖樣的X射線衍射分析Fig.2Diffractionpatternoftherocksamples表1礦物成分分析結(jié)果Table1Mmineralcompositioncontentofthreekindsofrocks%類型石英高嶺石伊利石蒙脫石銳鈦礦黃鐵礦鈉長石泥巖31.2618.6621.5312.0116.54  砂質(zhì)泥巖36.2619.7920.487.166.839.48 泥質(zhì)粉砂巖32.937.279.183.064.5014.4528.62黏土礦物是組成黏土巖和土壤的主要礦物，顆粒極細(xì)，主要包括高嶺石族、伊利石族、蒙脫石族及蛭石族等礦物。通過衍射分析發(fā)現(xiàn)，黏土礦物含量在泥巖、砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖中的含量分別為52.20%，47.43%和19.51%。其中蒙脫石是黏土礦物中吸水膨脹能力最強(qiáng)的礦物，吸收水分后還可以膨脹并超過原體積的幾倍，蒙脫石在3種巖石中的含量分別為12.01%，7.16%和3.06%。由于膨脹軟巖自身強(qiáng)度低，，極易碎脹擴(kuò)容，如此可觀的黏土含量在一定程度上加劇了圍巖的遇水膨脹和變形失穩(wěn)。2.2.2電鏡掃描分析礦物的細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定了他的宏觀性質(zhì)，在掃描電鏡下，不同礦物會(huì)表現(xiàn)出不同的形貌特征。
【作者單位】： 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;貴州大方煤業(yè)公司;博茨瓦納國際科技大學(xué);
【基金】：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2014CB046904) 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助項(xiàng)目(51479191,41202227)~~
【分類號】：TD353


本文編號：2535300