软岩工程力学-8

1、软岩工程力学-8 244 软岩工程力学 8 软岩工程稳定性控制新技术 8.1 软岩泵房吸水井集约化 随着煤炭工业的发展，我国基建矿井和生产矿井的井巷施工深度不断加大，深部围岩状态趋于复杂化，巷道硐室支护的难度和破坏的程度不断增加。尤其是软岩泵房吸水井巷道群的失稳翻修屡屡出现，不仅耗资巨大，而且影响正常生产。为此，以何满潮教授为首的煤矿软岩工程技术研究推广中心的研究人员，经过多年的理论研究和实践检验，于1997年提出并系统完善了根据煤矿井型和排水量进行煤矿软岩组合吸水井新设计的系列方案。并在铁法的三台子二井、兖州的南屯矿、兴隆庄矿、龙口的梁家矿、井陉元氏矿等大型矿井进行了现场施工实践，相继解决了

2、大型矿井的组合吸水井新设计的“吸水阻力校核、清扫空间计算、等效设计计算、吸水扰动半径校核和新型组合井稳定性计算”等一系列问题。软岩泵房吸水井集约化新设计是软岩非线性力学设计的一个重要成果。它把煤矿中的立体巷道最密集、应力最集中也最容易破坏的部位，用最简化的新型集约化设计来代替。和传统设计相比，在功能完全满足的前提下，组合吸水井新设计具有“配水井减少50%以上，吸水井个数减少60%以上，工程造价大幅度减少(50%以上)，稳定性大大提高”的独特优点。新型设计和传统设计相比的主要技术经济指标如表8-18-3所示。 图8-1a是铁法三台子二井原水泵房布置图。其主井布置有三台d155-67-5型水泵，按

3、传统设计，泵房设有三个吸水井和连接它们的配水巷。此工程未施工。其主要问题是巷道密集交错，围 8 软岩工程稳定性控制新技术 245 岩应力重叠，给支护带来了很大的困难，工程量也较大。 组合吸水井新设计如图8-1b所示。吸水井静径为4m，壁厚300mm钢筋混凝土的圆筒体，沿轴线方向等分为三个独立的扇形吸水小井，各小井间相互连通，并设有闸阀。新型组合吸水井的特点是：不影响水泵的吸水能力，配水和清理方便，井壁有径向混凝土隔板使吸水井围岩及支撑受力状况良好，工程量小，节约了资金，避免了空间干扰作用。 表8-1 i型组合吸水井新设计与传统设计比较 指 标 吸水井数 配水巷长度 井巷工程量 工程造价估算 稳

4、定性评价 m m 个 万元 设 计 传统设计 型设计 34 1 2028 0 3548 5 2128.8 3 差 良好 新设计优越性 节省23个 节省2028m 减少3043m 节约1825.8 稳定性显著提高 *工程造价按6000元/m计算。 表8-2 ii型组合吸水井新设计与传统设计比较 指 标 吸水井数 配水巷长度 井巷工程量 工程造价估算 稳定性评价 m m 个 万元 设 计 传统设计 ii型设计 58 2 3660 10 61100 20 36.660 12 差 良好 新设计优越性 节省36个 节省2650m 减少4180m 节约24.648 稳定性显著提高 *工程造价按6000元/

5、m计算。 表8-3 iii型组合吸水井新设计与传统设计比较 指 标 吸水井数 配水巷长度 井巷工程量 工程造价估算 稳定性评价 m m 个 万元 设 计 传统设计 iii型设计 912 3 6892 30 113152 45 67.891.2 27 差 良好 新设计优越性 节省69个 节省3862m 减少68107m 节约40.864.2 稳定性显著提高 *工程造价按6000元/m计算。 246 软岩工程力学 图8-1a 铁法三台子二井原水泵房布置图 1泵房；2配水巷；3水仓；4管子道；5变电所；6通道 图8-1b 新型组合吸水井泵房布置图 8 软岩工程稳定性控制新技术 247 8.2 刚柔层

6、(rfl)和刚隙柔层(rgfl)支护技术 8.2.1 刚柔层(rfl)支护技术 8.2.1.1 刚柔层(rfl)支护技术及其力学原理 预留刚柔层(rigid-flexible-layer)支护技术，从力学概念上讲就是利用高应力软岩特点，在支护体内设置一种刚柔层，使其既具有足够的柔度来适应高应力软岩的大变形，以转化高应力，又在一定的时刻具有足够的刚度来限制高应力软岩的破坏变形，从而使支护既安全又经济的一种方法。 预留刚柔层支护技术的工作原理如图8-2所示。开挖巷道时，首先在巷道的周边预留一定范围的变形层，并在一定刚度的支护作用下形成刚柔层，然后量测刚柔层外侧(巷道设计尺寸轮廓)的变形，待到ts时

7、刻以后变形稳定时，去掉刚柔层并完成永久支护。 图8-2 预留刚柔层支护技术的工作原理 8.2.1.2 刚柔层(rfl)支护技术特点及适用范围 预留刚柔层支护技术是在蒙脱石软岩巷道应用锚喷支护的基础上发展起来的。对于软岩巷道，应用锚喷支护存在三大困难： (1)软岩具有容易风化、软化、裂隙化的特点，因而怕风、怕水、怕震动。锚喷支护迎合了这种特点，因而回弾率较高，对蒙脱石型软岩巷道，回弾率高达50%60%，而且喷粘困难； 248 软岩工程力学 (2)不适应软岩的大变形。喷层变形能力较小，而软岩巷道膨胀变形速度快，最终变形量大，喷层往往不能适应而破坏； (3)支护刚度不匹配。巷道围岩的变形能必须释放，

8、因此要求支护体的刚度要与围岩相匹配，方能奏效。支护刚度大了，围岩膨胀能量释放不出来，支护体就被破坏；支护刚度小了，不能限制围岩产生过量变形。另一方面，岩石一般多呈层状，喷层的材料不可能成层，因此锚喷支护与围岩刚度很难匹配，支护效果不好。 因此，要成功地进行软岩巷道支护，必须克服上述三大困难，以满足下述条件： (1)利用软岩的特点，扬长避短，变短为长； (2)支护体要有足够的柔度，以适应软岩的大变形，同时在一定的时机又具有足够的刚度来限制软岩产生的过量变形； (3)支护体的刚度与围岩的刚度要达到基本匹配或完全匹配，以满足释放围岩变形能的需要。预留刚柔层支护技术完全满足了上述条件，因此在广西那龙煤矿二号井蒙脱石软岩巷道支护中取得了较好的支护效果。 预留刚柔层支护技术是中国矿业大学北京岩土工程研究所何满潮教授开发的拥有国家发明专利的技术113，它特别适用于ia型、iab型软岩或ib型、iic型、iabiic型软岩巷道。特别是对于具有大变形、大地压、难支护的蒙脱石型软岩巷道的支护，效果尤佳。 8.2.2 刚隙柔层(rgfl)支护技术 8.2.2.1 刚隙柔层(rgfl