矿井深部开采软弱片岩巷道支护研究与应用.pdf

收稿日期2015-09-31;2016-03-19 修订 基金项目山东科技大学研究生科技创新基金项目 YC150306 作者简介徐福通1996,男,山东菏泽人,研究方向 为矿山压力与岩层控制。 徐福通,牟文强,张强,等. 矿井深部开采软弱片岩巷道支护研究与应用[J]. 矿业安全与环保,2016,43345-48. 文章编号1008-4495201603-0045-04 矿井深部开采软弱片岩巷道支护研究与应用 徐福通1,牟文强1,张摇 强2,张九雨1 1. 山东科技大学 矿业与安全工程学院,山东 青岛 266590; 2. 中国华冶科工集团有限公司肃北分公司,甘肃 酒泉 736300 摘要根据围岩破坏及软化理论,对软弱片岩中形成的不稳定块体及易发生片帮冒顶的围岩进行 了理论分析;采用 FLAC3D数值模拟、现场监测的方法,对选取的支护方案进行分析,获得了在复杂条件 下围岩的应力分布、塑性分布及合理的支护方法和参数,且对矿体的围岩力学条件及支护效果进行了 研究。 研究结果表明,所提出的锚喷支护方案及其相关参数符合矿井安全生产要求,即破碎岩体锚杆间 排距为0.8 m,锚杆全长为2 m;锚网选用8 m 长,且2 m伊2 m 分布;破碎岩体喷层厚度不低于60 mm。 为 该矿井条件下的安全高效生产提供了合理的支护技术。 关键词深部开采;软弱片岩;巷道支护;数值模拟 中图分类号TD353摇 摇 摇 文献标志码B摇 摇 摇 网络出版时间2016-06-05 1756 网络出版地址http/ / www. cnki. net/ kcms/ detail/50. 1062. TD. 20160605. 1756. 016. html Research and Application of Support Techniques for Soft Schist Roadway in Deep Mining XU Futong1, MOU Wenqiang1, ZHANG Qiang2, ZHANG Jiuyu1 1. School of Mining and Safety Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China; 2. North Gansu Branch, China Huaye Group Co. , Ltd. , Jiuquan 736300, China Abstract In this paper, theoretical analysis was carried out on the unstable rock blocks ed in the schist and the surrounding rock liable to side fall according to the failure and softening theory of surrounding rock; analysis was made on the selected support schemes through FLAC3Dnumerical simulation and field monitoring, the stress distribution, plastic distribution and reasonable support and parameters of surrounding rock under complex conditions were obtained, and study was conducted on the mechanical condition and the supporting effect of surrounding rock. The research results showed that the bolting and shotcrete lining scheme and its relevant parameters met the requirements of mine safety production, that is, the row distance of the anchor bolts in the broken rock is 0郾 8 m, and the full length of the bolt is 2 m; the bolting wire mesh is 8 m long and in 2 m伊2 m distribution; the thickness of the shotcrete lining layer on the broken rock is not less than 60 mm. All of these provided a reasonable support technology for the safe and efficient production of the mine. Keywords deep mining; soft schist; roadway support; numerical simulation 摇 摇 随着现代采矿技术方法的发展,新型的矿山巷 道支护方式也迅速发展起来。 随着围岩锚固支护技 术不断完善,随之而产生的联合支护技术等逐渐在 矿井开采中得到应用。 我国的矿山开采已经逐步过 渡到深部开采,在矿井深部开采的过程中,普遍会遇 到“三高一扰动冶的复杂地质力学环境,如何保证巷 道围岩的稳定性及矿产开发的经济与社会效益是一 个极重要的问题[1]。 针对目前的巷道支护技术而 言,单一的支护技术已经无法保障巷道支护的安 全[2-3],需要积极采用诸如锚喷网、锚注网等联合支 护技术。 由于岩土工程的不确定性及随机性,矿井 开采中巷道支护更为困难。 当矿山岩体的岩石构造 影响严重时,一般表现为破碎带、风化带、破碎交汇 带,构造及风化节理密集,形成大量碎块体。 并且块 体间多数为泥质充填,或位于软弱片岩中,出现不稳 54 第 43 卷摇 第 3 期 2016 年 6 月 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY 金属网采用 椎8 mm 的钢筋制 作,网格尺寸为 250 mm伊250 mm;喷射混凝土厚度 为 100 mm。 原支护方案巷道变形量大,无法满足安 全生产要求,因此巷道现采用锚网索且配合喷浆支 64 Vol郾 43 No郾 3 Jun郾 2016 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 摇 摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY 在现支护方式下,巷道的围 岩变形量减小,在垂直方向上降为 32. 6 mm,水平方 向位移约为 29. 8 mm。 支护效果较为明显。 a优化前塑性分布 b优化后塑性分布 图 4摇 围岩塑性区分布对比云图 4应力比较。 如图 5 所示,在优化方案之后,围 岩所受到的最大应力的集中分布范围明显减小,且 应力值降低。 a优化前应力云图 b优化后应力云图 图 5摇 围岩应力分布对比云图 74 第 43 卷摇 第 3 期 2016 年 6 月 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY 巷道两帮的 总移近量最大约为110 mm,为巷道宽度的 3郾 7。 巷 道在参数优化后的支护效果较好,巷道的总体围岩变 形量较小,且巷道在掘进过程中处于相对稳定状态。 a巷宽变形监测 b巷高变形监测 图 6摇 巷道围岩变形监测结果 5摇 结语 在深部矿井开采中,开挖巷道塑性区范围较大, 巷道的变形、围岩破坏较严重,结合复杂的煤矿安全 技术,提出了锚网索联合及喷浆支护的方法。 确定 了合理支护参数破碎岩体锚杆间排距均为 0郾 8 m, 锚杆全长为 2 m; 锚网选用 8 m 长,且 2 m伊2 m 分 布;破碎岩体喷层厚度不低于 60 mm。 通过数值分析及现场的试验结果得出,围岩变 形能够维持在合理的范围之内,能够保证开采安全。 为开采构造节理发育中的矿体、保证复杂围岩巷道 的稳定,提供了一种有效的支护技术。 参考文献 [1] 马文涛,王三明. 复杂地质条件下回采巷道支护的数值 模拟研究[J]. 煤炭技术,2015,34477-79. [2] 李希勇,孙庆国,胡兆锋. 深井高应力岩石巷道支护研究 与应用[J]. 煤炭科学技术,2002,30211-13. [3] 王宏伟,姜耀东,赵毅鑫. 软弱破碎围岩高强高预紧力支 护技术与应用[J]. 采矿与安全工程学报,2012,294 474-480. [4] 袁博,张召千,张百胜,等. 破碎围岩注浆加固数值模拟 分析与工程应用[J]. 金属矿山,2013745-48. [5] 牛少卿,杨双锁,李义,等. 岩体结构类型对深井巷道围岩 的稳定性影响研究[J]. 矿业安全与环保,2014,412 24-27. [6] 陆银龙,王连国,杨峰,等. 软弱岩石峰后应变软化力学 特性研究[J]. 岩石力学与工程学报,2010,293640- 648. [7] 杨峰. 高应力软岩巷道变形破坏特征及让压支护机理 研究[D]. 徐州中国矿业大学,2009. [8] 韩贵雷,韩立军,蒋斌松. 软岩硐室锚杆锚索联合支护机 理 ABAQUS 分析[J]. 金属矿山,2008375-79. [9] 姚高辉,吴爱祥,王洪江,等. 软弱破碎岩石巷道喷锚支 护参数优化及工艺研究[J]. 中国矿业,2010,191 70-74. [10] 安超,蒋宇静,赵启峰,等. 深井高地压软岩巷道“锚网 索喷冶联合支护技术实践[J]. 矿业安全与环保,2014, 41264-66. [11] 牟文强,韩春,王玉成,等. 深埋中厚煤层构造破碎带支 护参数优化[J]. 煤炭技术,2015,34359-62. [12] 孙闯,张向东,贾宝新. 深部节理岩体局部破裂化数值 模拟分析[J]. 中国矿业大学学报,2014,433409- 414. [13] 李树刚,张晋海,成连华,等. 深部软岩易风化巷道支护 数值模拟研究[J]. 矿业安全与环保,2014,412 1-4. [14] 肖猛,丁德馨,莫勇刚. 软岩巷道围岩稳定性的 FLAC3D 数 值模拟研究[J]. 矿业研究与开发,2007,27173-75. 责任编辑李摇 琴 84 Vol郾 43 No郾 3 Jun郾 2016 摇 摇 摇 摇摇 摇摇 摇 摇 矿业安全与环保 MINING SAFETY ENVIRONMENTAL PROTECTION摇 摇 摇 摇 摇摇 摇 第 43 卷摇 第 3 期 2016 年 6 月