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古汉山矿软岩巷道地质因素分析
2011-07-27
针对古汉山矿软岩巷道围岩变形破坏和严重底膨问题,通过对巷道围岩进行地应力测量、物 理力学性质分析测试、矿物成份分析和节理裂隙调查,确定了底膨巷道的软岩类型,这为解决软岩 巷道的支护问题提供了基础。
第 33 卷 第 1 期 煤 田 地 质 与 勘 探 COAL GEOLOGY & EXPLORATION Vol. 33 No. 1 Feb. 2005   2005 年 2 月   文 章 编 号 :100121986(2005) 0120044202 古 汉 山 矿 软 岩 巷 道 地 质 因 素 分 析 1 1 2 ,3 2 ,贾 安 立 赵 兴 东 ,王 述 红 ,贾 明 魁 1. 东 北 大 学 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 中 心 ,辽 宁 沈 阳 110004 ; . 中 国 矿 业 大 学 ,北 京 100083 ;3. 焦 作 煤 业 集 团 公 司 ,河 南 焦 作 454002) ( 2 摘 要 :针 对 古 汉 山 矿 软 岩 巷 道 围 岩 变 形 破 坏 和 严 重 底 膨 问 题 ,通 过 对 巷 道 围 岩 进 行 地 应 力 测 量 、物 理 力 学 性 质 分 析 测 试 、矿 物 成 份 分 析 和 节 理 裂 隙 调 查 ,确 定 了 底 膨 巷 道 的 软 岩 类 型 ,这 为 解 决 软 岩 巷 道 的 支 护 问 题 提 供 了 基 础 。 关 键 词 :软 岩 ;底 膨 ;地 应 力 ;节 理 中 图 分 类 号 :TU163 文 献 标 识 码 :A Geologic analyses on soft rock roadway in Guhanshan coal mine 1 1 2 ,3 3 ZHAO Xing2dong , WANG Shu2hong ,J IA Ming2kui ,J IA An2li 1. Center for Rock Instability and Seismicity Research , Northeastern University , Shenyang 110004 , China ; . China University of Mining and Technology , Beijing 100083 , China ; . Institute of Jiaozuo Coal Mine Group Corporation , Jiaozuo 454002 , China) ( 2 3 Abstract : Based on the in - situ measurements of ground pressure and physical and mechanical properties of rocks in Guhanshan coal mine ,and analysis of minerals composition and fissures in rock ,the type of soft rock was determined to investigate the deforma2 tion and failure of surrounding rocks and floor heave happened in extremely soft rock roadway in Guhanshan coal mine , which pro2 vides the basic news for support of rock soft. Key words : soft rock ; floor heave ; ground pressure ; joint 影 响 ,一 个 月 后 即 发 生 变 形 破 坏 ,其 破 坏 变 形 特 征 是 : 巷 道 拱 顶 下 沉 冒 落 ,呈 反 拱 形 ,局 部 有 肩 窝 ,肩 部 张 裂 错 动 ,部 分 地 段 发 生 大 面 积 剥 落 ;两 帮 呈 条 带 状 鼓 出 , 巷 道 净 宽 收 敛 严 重 ;底 板 底 膨 现 象 十 分 严 重 ,进 而 造 成 巷 道 失 稳 破 坏 。 观 测 资 料 显 示 (图 1) ,巷 道 施 工 后 1 概 述 河 南 焦 作 矿 区 古 汉 山 矿 为 新 建 矿 井 ,主 、副 井 筒 垂 直 深 度 为 550 m。 由 于 在 建 设 过 程 中 遇 到 复 杂 的 地 质 条 件 ,井 底 车 场 、西 大 巷 及 采 区 主 要 巷 道 大 部 分 位 于 泥 岩 、砂 质 泥 岩 和 粉 砂 岩 互 层 中 ,软 弱 破 碎 带 及 构 造 应 力 集 中 ,因 而 大 部 分 巷 道 长 期 处 于 连 续 变 形 破 坏 状 态 ,底 膨 现 象 尤 为 严 重 ,巷 道 前 掘 后 膨 ,严 重 影 响 了 矿 井 建 设 工 期 ,增 加 了 矿 井 建 设 投 资 。 10~ 25 d 左 右 发 生 变 形 并 开 裂 ,有 底 膨 发 生 ,巷 道 两 帮 收 敛 量 累 计 为 200~ 700 mm ,底 膨 量 为 500~ 900 mm ,巷 道 断 面 收 敛 量 达 20 %~ 45 % ,无 法 保 证 巷 道 的 正 常 使 用 。 巷 道 破 坏 后 ,曾 采 取 多 种 维 修 方 式 ,如 锚 索 支 护 、工 字 钢 强 力 支 护 、混 凝 土 砌 碹 、联 合 支 护 等 , 均 难 以 控 制 巷 道 的 持 续 变 形 ,严 重 威 胁 矿 井 的 安 全 生 产 。平 均 1~ 2个 月 必 须 修 复 一 次 ,要 么 撬 掉 混 凝 土 2 巷 道 破 坏 情 况 古 汉 山 矿 西 大 巷 巷 道 断 面 形 状 为 半 圆 拱 形 ,支 护 形 式 为 锚 网 喷 支 护 ,但 是 支 护 以 后 ,巷 道 受 地 质 构 造 收 稿 日 期 :2004 - 02 - 23 作 者 简 介 :赵 兴 东 (1975 — ) ,男 ,辽 宁 省 辽 中 县 人 ,东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 博 士 生 ,主 要 从 事 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 .   c. 样 本 的 数 量 化 应 着 重 考 虑 影 响 隧 道 涌 水 量 参 考 文 献 的 主 要 因 素 ,其 中 气 候 (降 水 量 ) 、水 文 (地 表 水 体 ) 、 地 形 与 植 被 和 地 质 - 水 文 地 质 (渗 透 系 数 ) 要 素 尤 为 重 要 ,前 两 者 在 一 定 程 度 上 决 定 了 补 给 水 源 的 多 少 , 次 者 则 与 实 际 入 渗 量 的 大 小 密 切 相 关 ,而 后 者 决 定 地 下 水 的 传 导 能 力 。 本 次 提 出 的 相 应 的 量 化 公 式 , 由 预 测 结 果 证 明 是 较 为 恰 当 的 。 但 如 何 进 一 步 合 理 地 量 化 它 们 ,仍 是 一 个 值 得 继 续 深 入 探 讨 的 问 题 。 [ [ [ 1]   石 文 慧 . 论 铁 路 隧 道 涌 水 及 泥 屑 流 突 出 灾 害 的 防 治 [J ]. 铁 道 勘 测 与 设 计 , 1993 ,(1) :1 - 14. 2]   吴 云 生 , 李 法 昶 , 楼 文 虎 . 秦 岭 隧 道 施 工 设 计 地 质 成 果 验 证 情 况 汇 报 [J ]. 铁 路 勘 测 设 计 , 1999 ,(1) :1 - 7. 3]   张 俊 福 , 邓 本 让 , 朱 玉 仙 . 应 用 模 糊 数 学 [M]. 北 京 : 地 质 出 版 社 , 1988. [4]   Junzheng M . Application of fuzzy mathematics in forecasting the quan2 tity of gush water in tunnel[J ]. Tunnels and Water (J . Manuel Serra2 no) ,1988 , 1 : 211 - 216. 第 1 期 赵 兴 东 ,王 述 红 等 :古 汉 山 矿 软 岩 巷 道 地 质 因 素 分 析 分 45 分 图 2古 汉 山 矿 西 大 巷 地 应 力 测 试 Fig. 2 Testing curve of ground pressure in Guhanshan coal mine 表 1古 汉 山 矿 西 大 巷 岩 石 力 学 参 数 Table 1 Mechanical parameters of rocks 岩 石 名 称 抗 压 强 抗 拉 强 内 摩 擦 泊 松 弹 性 模 量 粘 结 力 声 波 速 -度1 4 度 / MPa 度 / MPa 角 / (安) 比 / 10 MPa / MPa / km分s 泥 岩 14. 4 0. 85 26安38” 0. 275 0. 87 0. 99 32安48” 0. 249 1. 15 2. 18 45安42” 0. 225 2. 24 2. 22 4. 78 8. 35 3. 0 3. 2 3. 4 砂 质 泥 岩 19. 3 粉 砂 岩 44. 2 图 1巷 道 位 移 曲 线 表 2古 汉 山 矿 西 大 巷 软 岩 岩 石 矿 物 成 份 及 含 量 Fig. 1 Displacement curve of roadway Table 2 Minerals composition and its content in rocks 矿 物 种 类 及 其 含 量 / % 块 重 新 补 喷 , 要 么 替 换 棚 柱 。 3~ 4 个 月 累 计 巷 道 净 宽 缩 小 500~ 600 mm , 底 膨 800~ 1 000 mm。 岩 性 层 位 石 英 25 钠 长 石 菱 铁 矿 粘 土 矿 物 泥 岩 C - P C - P 0 0 1 2 0 1 75 78 34 24 3 巷 道 工 程 地 质 补 充 勘 探 泥 岩 (风 化 ) 21 泥 质 砂 岩 (风 化 ) C - P 65 1 为 了 探 清 造 成 巷 道 围 岩 破 坏 的 原 因 ,首 先 对 巷 泥 质 砂 岩 C - P 40 34 道 围 岩 地 质 情 况 作 了 详 细 的 调 查 研 究 ,其 内 容 主 要 包 括 :地 应 力 测 量 、巷 道 围 岩 岩 石 分 析 、物 理 力 学 特 性 测 定 和 节 理 裂 隙 调 查 等 。 膨 胀 泥 化 。 3 . 3 节 理 裂 隙 通 过 钻 孔 取 岩 心 和 地 质 观 察 分 析 ,在 软 岩 巷 道 3 . 1 地 应 力 测 量 围 岩 中 发 现 挤 压 滑 面 裂 隙 ,层 理 、节 理 裂 隙 十 分 发 育 ;在 层 、节 理 交 界 面 处 发 育 着 炭 质 软 弱 夹 层 ,其 节 采 用 水 压 致 裂 方 法 对 不 同 深 度 巷 道 围 岩 进 行 了 地 应 力 测 量 (图 2) ,结 果 表 明 :垂 深 在 420~ 460 m 范 围 内 ,地 应 力 和 垂 直 深 度 呈 线 形 关 系 ;在 460~ 500 m 之 间 地 应 力 和 垂 深 呈 非 线 形 关 系 。 这 说 明 ,巷 道 的 底 膨 与 巷 道 的 垂 深 有 一 定 的 关 系 ,在 巷 道 垂 深 达 到 3 理 组 ≥ 3 ,岩 体 体 积 节 理 数 平 均 为 12~ 32 条 / m ,平 均 间 距 ≤ 0. 2 m ,为 典 型 的 节 理 化 软 岩 。 粉 砂 岩 节 理 3 裂 隙 发 育 ,节 理 裂 隙 条 数 高 达 14~ 36 条 / m 。 460 m 附 近 时 ,巷 道 的 地 应 力 值 最 大 ,最 大 水 平 应 力 4   结 论 为 23 MPa ,最 小 水 平 应 力 为 13 MPa。 通 过 对 地 应 力 量 测 、巷 道 围 岩 的 物 化 特 征 和 节 理 裂 隙 调 查 等 结 果 ,进 行 综 合 分 析 可 知 ,古 汉 山 煤 矿 的 主 要 巷 道 布 置 在 软 弱 破 碎 带 及 构 造 应 力 集 中 区 之 中 ,泥 岩 中 粘 土 矿 物 含 量 高 ,节 理 裂 隙 发 育 ,极 易 遇 水 膨 胀 。 其 底 膨 以 物 理 型 为 主 ,兼 有 复 合 型 。 底 膨 形 状 主 要 为 直 线 型 和 弧 形 ,底 膨 量 经 现 场 量 测 为 3 . 2 巷 道 围 岩 的 物 理 力 学 特 性 通 过 现 场 取 样 ,对 西 大 巷 巷 道 围 岩 的 物 化 特 征 进 行 了 测 试 分 析 ,其 力 学 测 试 参 数 见 表 1 ;泥 岩 、砂 质 泥 岩 、粉 砂 岩 单 轴 抗 压 强 度 分 别 为 14. 4 MPa、19. 3 MPa、44. 2 MPa ;单 轴 抗 拉 强 度 分 别 为 0. 85 MPa、0. 99 MPa、2. 18 MPa ;西 大 巷 在 施 工 中 揭 露 3 条 断 层 ,最 大 落 差 为 47 m。 300~ 1 000 mm ,属 于 中 等 ~ 强 烈 底 膨 。 巷 道 围 岩 属 于 高 应 力 、膨 胀 性 、节 理 化 软 岩 ,此 种 软 岩 受 高 应 力 、 软 岩 自 身 膨 胀 性 和 节 理 等 因 素 的 影 响 ,具 有 极 其 复 杂 的 变 形 、破 坏 机 理 ,此 种 软 岩 采 用 单 一 支 护 方 式 难 以 控 制 。 岩 石 取 样 化 验 分 析 表 明 ,泥 岩 中 粘 土 矿 物 含 量 高 达 75 %~ 80 % ,粘 土 矿 物 主 要 为 伊 / 蒙 混 层 和 高 岭 石 ,吸 水 性 强 ,遇 水 膨 胀 ,泥 化 。 围 岩 矿 物 成 份 具 体 分 析 结 果 见 表 2。 从 物 化 分 析 结 果 看 出 ,泥 岩 中 粘 土 矿 物 含 量 为 7 5 %~ 78 % ,其 中 伊 蒙 混 层 含 量 为 5 %~ 30 % ,伊 利 石 含 量 为 2 %~ 4 % ,高 岭 土 含 量 为 14 %~ 33 % ,绿 泥 石 含 量 25 %~ 32 % ,粘 土 矿 物 的 性 状 是 其 吸 水 性 ,吸 水 率 为 0. 59 %~ 3. 38 % ,平 均 2. 0 % ,遇 水 即
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