关于地质软岩与工程软岩的探讨

关于地质软岩与工程软岩的探讨

李慧敏

黑龙江龙煤鸡西矿业有限责任公司荣华一矿黑龙江鸡东158200

摘要：关于软岩，在工程界早已经被人知晓，但许多工程技术人员对于软岩的概念还是模糊的，到底什么样的的岩石才能叫做软岩，软到什么程度，软具有什么衡量判定标准，全世界关于软岩的定义有很多种分类，软弱岩石是岩体力学与和工程地质研究也是始终在进行，但对于软岩主要分为地质软岩与工程软岩2种。本文结合荣华一矿井下巷道揭露岩石情况进行探讨。

关键词：软岩、岩体、地质

一、前言

地质软岩单轴抗压强度<25兆帕的岩石，是天然形成的复杂的地质介质；工程软岩定义在力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。通过看两种定义分析，如巷道埋深较低较浅，地应力水平也较低，<25兆帕的岩石也不会产生软岩的特征；而>25兆帕的岩石，其巷道埋深较深，地应力水平也较高，也可以产生软岩的大变形、大地压和难支护的现象。

二、荣华一矿地质条件

荣华一矿井田地层自上而下为新生界的第四系，第三系，中生界的下白垩系、侏罗系，基底为元古界前寒武系。本区含煤地层有新生界的平阳镇组，虎林组，中生界的穆棱组、城子河组。泥岩和粉砂岩天然放射性含量高，6D往下6-20米有一层发育稳定的低电阻率，高伽玛异常反映的厚凝灰粉砂岩，是该区城子河区组中部对比的主要标志。据钻探取芯验证，城子河组地层的主要岩石的视电阻率及天然放射性含量好下表：

井田位于鸡西煤田南部，井田内共有主要断层98条。其中正断层94条，逆断层4条；落差小于30m的18条，30～50m的17条，50～100m的33条，100～200m的16条，大于200m的14条。另外有49条只断掉个别层位的小断层。井田内火成岩活动不甚剧烈，对煤层破碎不大，只有燕山晚期的闪长玢岩在井田西部242孔附近呈岩床侵入9煤层，在340孔及315孔附近呈岩脉状侵入6煤层群和2～5煤之间，侵入体使煤变为天然焦，对煤层有局部破坏作用。喜马拉雅山晚期次辉绿岩侵入虎林组或麻山群中。

三、荣华一矿岩石状况

根据工程地质钻孔对7煤及顶板和底板内岩层进行取样分析，岩性主要为砂岩，主要由各种粒级的砂岩、粉砂岩，泥岩、煤和炭质岩及泞灰岩夹层组成，岩石胶结较松散，抗压强度低。该井田范围内岩石工程地质特征为以松散、软弱岩类为主，地层岩性较复杂，断层发育。属深井开采,矿压显现剧烈，岩石出现脆～延转化，巷道围岩出现大变形和流变特征，岩石有强时间效应，具有明显的流变和蠕变特点。

根据原设计施工主要巷道和硐室断面缩小严重并进行多次返修，为彻底解决支护问题，深井软岩矿压大，支护量大，支护繁琐、软岩支护难度大，每米掘进巷道平均需打13根2.4米长锚杆，7-9根5.2米或6.2米长的锚索，全断面挂金属网，开拓巷道锚喷；深井软岩巷道施工后变形严重，中一采区严重处进行四次修复，中二采区风道进行了一次维修，中二采区皮带道进行了三次维修，现还在维修，影响正常生产，矿大修人员少，需掘进队组自行进行修复影响进尺，同时维修时材料重新支护，造价高，提高原煤制造成本。中二采区作为本矿唯一的生产采区，采区风道、皮带道受软岩矿压影响，风道最小断面2㎡、皮带道最低巷高1.4米，矿进行多次维修，停产一个月维修，开拓新采区（中一采区），地质条件复杂，过断层、揭煤等环节影响进尺，巷道采用常规支护之外，需要打注浆锚杆、注浆锚索等，必要时还得架U36钢棚等，降低队组单进。

荣华一矿中一采区石门因压力大，巷道已严重变形，入风及运输能力已不能满足安全生产需要，为保障本矿长远发展，本矿计划对已施工中一采区石门进行恢复。中一采区石门于2017年8月至2018年7月末，已施工520米，施工时断面为12.1㎡（半圆拱形断面，净宽3.8m，净高3.5m），经近几个月的现场勘查此项工程，取点测量，平均断面9.1㎡（3.5×3.0），最小断面6.5㎡（2.5×2.9）。先对已施工巷道进行注浆，针对断层破碎带段，扩断面再架棚，架棚后断面为15.2㎡（架棚前断面为24.3㎡，半圆拱形断面，净宽4.6m，净高3.8m）。

中一采区局部采掘工程图，见下图

四、荣华一矿软岩类别

通过查阅相关资料，软岩的蠕变试验表明，当岩石所受荷载水平低于软化临界荷载时，该类别的岩石便属于硬岩范畴；而只有当荷载水平高于软化临界荷载时，该岩石表现出软岩的大变形特性，此时该岩石称之为软岩。

根据产生塑性变形的机理不同，将工程软岩分为四类，分别是膨胀性软岩、节理化软岩、高应力软岩和复合型软岩。膨胀型软岩的化学特征,不同地质时期的软岩矿物成分与含量也不同，且其成生环境不同，表现在工程上其水理性质、化学性质和力学性质都存在较大的差别。水理性质：基本不含蒙脱石，吸水量低。

五、结论

荣华一矿井下开采深度，岩石属于工程类软岩中的复合型软岩。近几年，关于提高巷道围岩稳定性及其控制的研究得到了国内外学者的高度重视，并取得了大量的研究成果，但研究多集中在支护理论与支护方式方面，且较多应用于浅部煤层开采，从目前发展分析，煤炭大规模的开发和利用,浅部资源逐步枯竭,我国矿井开采正经历着一个由浅到深,地质条件由简单到复杂的过程,深部矿井逐渐增多,但是当地应力都随深度增大而不断递增,造成随开采深度的增加,水平构造应力不断增大,围岩应力向着高应力状态演化，加剧了巷道破坏程度和巷道稳定维护的难度。矿井深井软岩巷道巷道支护已成为当前和今后长期影响煤矿安全生产和效益的重大技术难题，并随着矿井开采深度不断增加而越发突出和严重。因此深井软岩围岩控制技术相关方面的研究，解决深部巷道破坏程度大，维护困难等问题，对矿井的安全生产、经济效益和社会效益都有着重要的意义。

西主运、中一采区受深井、软岩、断层影响，支护困难，针对巷道软岩支护难题，矿已经成立由行政矿长任组长，总工程师、掘进副矿长任副组长，其他副总及科室任成员的软岩支护研究小组，采取矿压观测收集数据，具体观测方式：一是布点，对现施工的巷道进行安设顶板离层仪观测，对现场量取巷道形状变化与施工时进行对比。二是观测时间：初期每隔7天观测一次，当顶板移进量不明显时，每10天观测一次。三是观测数据：对观测顶板离层仪的离层数据，巷道变形量进行分析，再统计分析变形规律，改进支护方式。下一步将找科研单位立项研究，引进先进可行的软岩支护技术进行支护。