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