论文部分内容阅读
[摘 要]本文针对老厂分矿竹叶山坑风化花岗岩掘进支护难题，通过对1900中段开拓平巷风化花岗岩掘进原支护压力情况，从岩体力学理论上和岩体形变所产生的膨胀能量上进行了分析，提出了一种主动有控卸压的方法释放膨胀变形能。
[关键词]大断面掘进 风化花岗岩 岩体膨胀 能量释放 二次支护
中图分类号：P642.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0023-01
一.前言
老厂分矿竹叶山坑29#矿群1900中段上部矿体开采，根据地质资料分析，该矿体的下盘底板岩石大部分为风化半风化的花岗岩。
对矿体的开采设计，采用无轨运输设备铲运机出矿，铲运机道设计为3×3m2的大断面规格（见图1）。
开采设计中，有部分采切工程布置在风化半风化花岗岩中，所以有必要提出在风化半风化花岗岩中掘进及支护的分析和探讨，以便在今后的实际工作中有参考（图1）。
二.风化花岗岩掘进分析
2.1 风化花岗岩的物理特性
风化花岗岩是非均质、非连续的岩体，具有遇水、遇风极易膨胀、形成砂状土状，块体易变形失稳的特性。
风化花岗岩在水的浸泡下崩解速度十分迅速，这就表明，多数花岗岩风化物在水的作用下，强度迅速衰减，原有结构遭到破坏。
风化花岗岩巷道开挖后巷道表层向岩体深部逐渐风化膨胀变为散体，其膨胀所产生的静压能量是无比巨大的，足以把巷道所架设的密集金属欀严重变形压垮破坏，严重的威胁人身和设备安全。
2.2 风化花岗岩巷道形变分析
风化花岗岩巷道掘进，用一般的弹性理论无法正确指导工程施工，出现了巷道围岩大变形、支护严重损坏，致使工程进展缓慢。
巷道变形可分为两部分，一是开挖后短时间内的变形，即岩体在应力释放后产生的瞬时弹性变形；二是开挖后相当长一段间内的变形，如果围岩性质较差，变形会随时间的推移不断的累加直至发生破坏。
29#矿群深部软岩巷道存在较大的原始地应力，巷道处于不稳定的状态，较大的塑性屈服区域和应力集中导致了巷道破坏。
三.掘进巷道遭受破坏的主要因素
3.1 爆破震动破坏
掘进爆破震动破坏因素，风化半风化花岗岩，岩体结构发育，裂隙面多，坚固性系数f=3～5，属于不稳固岩体。
3.2 岩体次生应力的破坏
岩体次生应力的破坏，巷道开挖后，引起岩体内部次生应力重新分布，直至形成新的平衡状态为止。在次生应力重新平衡的过程中，岩体所产生的垂直和水平次生应力将对巷道产生破坏作用
3.3 岩体氧化破坏
巷道围岩遇风遇水的氧化导致强度降低，并产生膨胀能静压力的破坏，巷道岩体表层向岩体深部逐渐风化膨胀变为松散体，产生膨胀能破坏巷道。
根据破坏实际情况，风化花岗岩巷道具有四周来压、变形强烈等特点，而且初期变形速度通常都在10mm/d以上，造成密集金属欀支护变形失效。
1900中段2903平巷掘进即时密集金属欀支护没有预留变形空间，风化花岗岩膨胀变形能量不能有效释放，导致造成金属欀压垮。
四、平巷掘进原支护形式及膨胀能量破坏分析
4.1 开拓巷道掘进原支护形式
开拓巷道掘进原支护形式，29#矿群1900中段2901平巷、2902平巷，2902平巷、西一支、西二支、西三支等平巷支护
4.2 支护受膨胀能量破坏分析
支护对围岩施加径向力，支撑松动塌落岩石，，提高围岩强度，限制塑性变形区和破裂区的发展。
29#矿群1900中段2903平巷、西一支平巷等的掘进支护，采取的是风化花岗岩膨胀变形能量有条件释放能量，才导致巷道及金属欀压垮受到破坏。
后期，2901平巷、2902平巷，2903平巷、西一支、西二支等巷道整改修复工作就是属二次支护。
所谓“二次支护”，就是先通过一次喷射混凝土的柔性支护，喷层厚度20～30mm，一起到隔绝空气作用，二允許巷道有一定的收敛变形，这样就基本能保持巷道的长期稳固。
进行二次喷射混凝土或钢性支护，通过“先让后强、先柔后钢，刚柔结合”的方式来实现对巷道的有效支护。
竹叶山坑1785南沿主巷风化花岗掘进支护受地应力、膨胀力破坏，后经整改（属二次支护）后，至今已五年，巷道仍然完好。
五.风化花岗岩掘进支护方案建议
5.1 光面爆破
铲运机道掘进采用光面爆破，减少对围岩的扰动。
5.2 二次支护
采用二次支护，巷道掘进每5～8m为一段，紧跟迎头及时先喷射一道混凝土进行支护和封闭，并架设一定数量的木支护，确保施工安全。
风化花岗岩巷道，如果对其膨胀变形能的释放不加以控制，势必也会造成围岩强度急剧降低，不利于巷道维护，理论与实践表明，确定合理的二次支护时间是深部软岩巷道支护技术的关键。
根据以往的掘进支护时间分析估算，二次支护时间一般为半月至20天时蠕变速度最小，说明合理的二次支护时间应为应力与变形速度趋于稳定的时间段。
5.3 二次支护技术及支护参数
根据上面分析，并根据现场实际情况，围岩变形速度趋于稳定的时间一般在巷道掘进后1～2个月。
全断面喷射混凝土支护，喷层厚50～60mm。
六、结语
针对29#矿群深部风化花岗岩掘进巷道变形量大、整体收敛变形的特点，提出了有控释放围岩膨胀变形能及合理的二次支护时间是深部软岩巷道支护技术的关键之一。
29#矿群1900中段巷道具有变形量大、初期变形速度大、变形持续时间长等特点，巷道支护的成功与否与每个支护措施的支护顺序、位置、时间密切相关。
采用锚、网、喷支护技术，先让后抗、先柔后刚，形成一个多层的、有效的支护组合拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。
对巷道变形破坏的控制，要合理选择巷道变形破坏的控制方法，才能效地发挥巷道应有的作用，以确保掘进施工的安全生产。
参考文献
[1] 蔡美峰主编：《岩体力学与工程》，科学出版社，2004版.
[2] 李铁汉、潘别桐等：《岩体力学》，地质出版社，1986.
[3] 郑永学主编：《矿山岩体力学》，冶金工业出版社，1986.
[关键词]大断面掘进 风化花岗岩 岩体膨胀 能量释放 二次支护
中图分类号：P642.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0023-01
一.前言
老厂分矿竹叶山坑29#矿群1900中段上部矿体开采，根据地质资料分析，该矿体的下盘底板岩石大部分为风化半风化的花岗岩。
对矿体的开采设计，采用无轨运输设备铲运机出矿，铲运机道设计为3×3m2的大断面规格（见图1）。
开采设计中，有部分采切工程布置在风化半风化花岗岩中，所以有必要提出在风化半风化花岗岩中掘进及支护的分析和探讨，以便在今后的实际工作中有参考（图1）。
二.风化花岗岩掘进分析
2.1 风化花岗岩的物理特性
风化花岗岩是非均质、非连续的岩体，具有遇水、遇风极易膨胀、形成砂状土状，块体易变形失稳的特性。
风化花岗岩在水的浸泡下崩解速度十分迅速，这就表明，多数花岗岩风化物在水的作用下，强度迅速衰减，原有结构遭到破坏。
风化花岗岩巷道开挖后巷道表层向岩体深部逐渐风化膨胀变为散体，其膨胀所产生的静压能量是无比巨大的，足以把巷道所架设的密集金属欀严重变形压垮破坏，严重的威胁人身和设备安全。
2.2 风化花岗岩巷道形变分析
风化花岗岩巷道掘进，用一般的弹性理论无法正确指导工程施工，出现了巷道围岩大变形、支护严重损坏，致使工程进展缓慢。
巷道变形可分为两部分，一是开挖后短时间内的变形，即岩体在应力释放后产生的瞬时弹性变形；二是开挖后相当长一段间内的变形，如果围岩性质较差，变形会随时间的推移不断的累加直至发生破坏。
29#矿群深部软岩巷道存在较大的原始地应力，巷道处于不稳定的状态，较大的塑性屈服区域和应力集中导致了巷道破坏。
三.掘进巷道遭受破坏的主要因素
3.1 爆破震动破坏
掘进爆破震动破坏因素，风化半风化花岗岩，岩体结构发育，裂隙面多，坚固性系数f=3～5，属于不稳固岩体。
3.2 岩体次生应力的破坏
岩体次生应力的破坏，巷道开挖后，引起岩体内部次生应力重新分布，直至形成新的平衡状态为止。在次生应力重新平衡的过程中，岩体所产生的垂直和水平次生应力将对巷道产生破坏作用
3.3 岩体氧化破坏
巷道围岩遇风遇水的氧化导致强度降低，并产生膨胀能静压力的破坏，巷道岩体表层向岩体深部逐渐风化膨胀变为松散体，产生膨胀能破坏巷道。
根据破坏实际情况，风化花岗岩巷道具有四周来压、变形强烈等特点，而且初期变形速度通常都在10mm/d以上，造成密集金属欀支护变形失效。
1900中段2903平巷掘进即时密集金属欀支护没有预留变形空间，风化花岗岩膨胀变形能量不能有效释放，导致造成金属欀压垮。
四、平巷掘进原支护形式及膨胀能量破坏分析
4.1 开拓巷道掘进原支护形式
开拓巷道掘进原支护形式，29#矿群1900中段2901平巷、2902平巷，2902平巷、西一支、西二支、西三支等平巷支护
4.2 支护受膨胀能量破坏分析
支护对围岩施加径向力，支撑松动塌落岩石，，提高围岩强度，限制塑性变形区和破裂区的发展。
29#矿群1900中段2903平巷、西一支平巷等的掘进支护，采取的是风化花岗岩膨胀变形能量有条件释放能量，才导致巷道及金属欀压垮受到破坏。
后期，2901平巷、2902平巷，2903平巷、西一支、西二支等巷道整改修复工作就是属二次支护。
所谓“二次支护”，就是先通过一次喷射混凝土的柔性支护，喷层厚度20～30mm，一起到隔绝空气作用，二允許巷道有一定的收敛变形，这样就基本能保持巷道的长期稳固。
进行二次喷射混凝土或钢性支护，通过“先让后强、先柔后钢，刚柔结合”的方式来实现对巷道的有效支护。
竹叶山坑1785南沿主巷风化花岗掘进支护受地应力、膨胀力破坏，后经整改（属二次支护）后，至今已五年，巷道仍然完好。
五.风化花岗岩掘进支护方案建议
5.1 光面爆破
铲运机道掘进采用光面爆破，减少对围岩的扰动。
5.2 二次支护
采用二次支护，巷道掘进每5～8m为一段，紧跟迎头及时先喷射一道混凝土进行支护和封闭，并架设一定数量的木支护，确保施工安全。
风化花岗岩巷道，如果对其膨胀变形能的释放不加以控制，势必也会造成围岩强度急剧降低，不利于巷道维护，理论与实践表明，确定合理的二次支护时间是深部软岩巷道支护技术的关键。
根据以往的掘进支护时间分析估算，二次支护时间一般为半月至20天时蠕变速度最小，说明合理的二次支护时间应为应力与变形速度趋于稳定的时间段。
5.3 二次支护技术及支护参数
根据上面分析，并根据现场实际情况，围岩变形速度趋于稳定的时间一般在巷道掘进后1～2个月。
全断面喷射混凝土支护，喷层厚50～60mm。
六、结语
针对29#矿群深部风化花岗岩掘进巷道变形量大、整体收敛变形的特点，提出了有控释放围岩膨胀变形能及合理的二次支护时间是深部软岩巷道支护技术的关键之一。
29#矿群1900中段巷道具有变形量大、初期变形速度大、变形持续时间长等特点，巷道支护的成功与否与每个支护措施的支护顺序、位置、时间密切相关。
采用锚、网、喷支护技术，先让后抗、先柔后刚，形成一个多层的、有效的支护组合拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。
对巷道变形破坏的控制，要合理选择巷道变形破坏的控制方法，才能效地发挥巷道应有的作用，以确保掘进施工的安全生产。
参考文献
[1] 蔡美峰主编：《岩体力学与工程》，科学出版社，2004版.
[2] 李铁汉、潘别桐等：《岩体力学》，地质出版社，1986.
[3] 郑永学主编：《矿山岩体力学》，冶金工业出版社，1986.