泥化弱胶结软岩巷道变形机理分析及围岩稳定性控制研究

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泥化弱胶结软岩在我国西部矿区分布广泛,由于其胶结差、强度低、遇水泥化、自稳性差,给煤矿巷道支护带来了极大的困难,严重威胁了生产安全。本文以内蒙古新上海一号井副井绕道巷道为工程背景,通过现场监测、室内试验、数值模拟以及理论分析的方法,研究了典型性泥化弱胶结软岩巷道的变形破坏机制,并提出了新的支护方案。  研究结果表明:  (1)泥化弱胶结软岩强度低、遇水泥化、胶结性差,通过岩石的矿物分析,发现该类软岩矿物组成蒙脱石含量约为8.0%,高岭石和伊利石约为20%,属于弱膨胀性软岩;由岩石物理力学性质试验得到了岩石的内聚力和内摩擦角,以及该类软岩的软化系数为0.15~0.29。  (2)泥化弱胶结软岩巷道难控制的原因包括:一是围岩性质差,自承能力低,与支护之间的共同作用得不到发挥;二是巷道底臌严重,现有的开放式底板给了变形释放的空间;三是巷道开挖后期围岩流变特点明显,持续的变形带给支护结构较大的压力,支护与围岩之间的不耦合使得巷道往往先在薄弱部位破坏,进而引起整体失稳。  (3)现场监测显示围岩松动范围在2.5m左右,属于大松动圈,模拟结果显示围岩塑性区过大,超过了5m,围岩产生了松动破坏区,而锚杆长度不够,与围岩的耦合效果差,锚固效果发挥不出,使得巷道变形时间长,变形量大,变形得不到阻止。  (4)建立了适合泥化弱胶结软岩巷道的支护方案:一次支护采用锚网喷支护,加密锚杆,增设锚杆平托盘;二次支护打锚索,并对巷道底板进行锚拉反底拱支护,即在巷道底角反底拱处增设底角锚索,实现围岩-支护体的关键部位耦合,有效控制了泥化弱胶结软岩巷道的持续变形。  实践证明,本次研究提出的支护方案能够有效控制泥化弱胶结软岩巷道的持续流变、底板大变形,使围岩变形很快趋于稳定,发挥了围岩的自承能力,改善了围岩应力状态,巷道整体稳定性得到加强。
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