某矿深井皮带运输巷道底鼓注浆治理(1).pdf

S e r i a l No ． 5 75 Ma r c h． 2 01 7 现代矿业 M0DE RN MI NI N G 总 第5 7 5期 2 0 1 7 年 3月第 3期 某矿深井皮带运输巷道底鼓注浆 治理 明青春 山西潞安集团潞 宁煤业有限责任公司 摘要某矿随着开采深度的增加 ， 浅部 的支护形式 已无法满足深 井巷道 支护要 求。基 于 F L A C 数值模拟软件 ， 在原有支护设计的基础上采 用两底 角注浆 工艺， 通过观测 注浆前后应 力变 化情况及底板底鼓现象的变化特征 ， 分析 了该矿皮 带运输巷道注浆前后 围岩的垂直应力分布规律、 垂直位移分布规律及巷道底板 的垂直位移分布规律。研 究表明 ① 注浆前巷道底板形成 了较 明显 的底鼓现 象， 底板两侧的最大应力可达 3 5 MP a ， 而底板最大应力仅 为 1 0 MP a ， 故而导致 了底鼓现象 的产生， 注浆后 ， 底板 两侧 的最大应力减 少了 2 0 M P a ； ② 受注浆影响 ， 围岩垂直位移分布发 生了明 显变化 ， 尤其是在底板范围内， 底板围岩位移 由2 4 c m减少至 3 c m； ③巷道开挖 支护后 ， 底板 由于受 到两侧 的挤压 ， 出现 了明显的底鼓现 象， 此时监测点的最大位移可达 2 4 c m， 注浆后 ， 位移减少至 1 1 c 1“n 。上述分析表 明， 采用注浆工艺治理该矿巷道底鼓具有可行性 ， 可供类似矿山参考。 关键词 深部开采 注浆工艺 支护形式数值模拟底鼓 治理F L A C 如 巷道底鼓是煤矿井下常见但又难于处理的一类 巷道破坏形式 。随着某矿开采深度的增加 ， 矿压 增大 ， 地质条件恶化 ， 浅部的支护形式 已无法适应深 部矿井 的大断面巷道 以及穿过断层破碎带巷道 的支 护。本研究采用 F L A C 如 数值模拟软件 ， 分析该矿皮 带运输巷在采用现有支护形式下进行注浆后的围岩 应力 、 位移的变化规律 ， 分析注浆前后巷道底鼓的变 化情况 ， 为进一步治理该矿巷道底鼓提供新的思路。 1 巷道围岩力学特性 某矿深部开拓延伸巷道 ⋯ 6 8 0 1 2 0 0 n l 延 伸水平 ， 埋深约 1 0 0 0 m 揭露 出的岩性 以砂岩 、 砂 质泥岩 、 砂质页岩为主。巷道刚开挖后 围岩完整性 较好， 强度较高， 除表面松动层外， 其余地层注浆较 困难 。围岩节理裂 隙的扩展主要 发生于巷 道开挖 后 ， 由于支护方式不当， 围岩内的节理裂 隙由表及里 逐步扩展 ， 导致岩体碎裂。在该矿煤层的赋存地段 ， 随着深度 的增加 ， 构造应力将起 主要作用 ， 即围岩内 水平应力较大 ， 导致巷道 顶底板变形较大。由于巷 道埋深大 ， 上覆岩体 自重引起的垂 直应力较浅部大 得多， 局部地段可明显看出由于构造应力 的影响， 垂 直应力高于其他地段 ， 巷道水平变形较大。 明青春 1 9 8 3 ～ ， 男 ， 工程师 ， 0 3 6 7 0 0山西省忻州市 。 2围岩加固方案 岩体力学特性测试分析表明， 该矿巷道底鼓主 要由岩石的蠕变特性引起， 岩石蠕变特性主要与岩 石性质和围岩应力水平有关。为降低底鼓对生产和 安全的影响 ， 本研究在原有支护设计 的基础上采用 两底角注浆工艺进行底鼓治理 图 1 。 图 1巷道底 角注浆底鼓控制原理 3 F L AC Ⅲ数值模 拟分析 本研究首先计算巷道开挖前的应力 ， 即原始地 应力场 ； 其次通过进行皮带运输巷开挖支护 ， 计算其 应力场 ， 获得巷道围岩的应力场及变形破坏特征 ； 然 后通过对底板范围内的围岩进行注浆加 固， 即将巷 道底板 2 m范围内的围岩参数增大 ， 体积模量增 大 至 2 ． 61 0 “P a ， 剪切模量增大 至 1 ． 21 0 “P a ， 在 此基础上分析注浆后巷道 围岩应力场 的分布规律 ， 以及注浆前后巷道底板底鼓现象的变化特征。 明青春 某矿深 并皮带运输巷道底鼓注浆治理 2 0 1 7年 3月第 3期 3 ． 1 模 型构 建 由矿井岩性柱状 图可知 ， 该矿皮带 巷位 于 2 煤 层下的中砂岩岩层 中， 据此构建了 F L A C 如模型。设 定该模型坐标系垂直巷道方 向为 轴 ， 沿巷道延深 方向为 l ， 轴 ， 铅垂方 向即重力方 向为 z轴 ， 方 向向 上。该模型沿 方向长度为 3 0 m， 沿 Y轴方 向长度 为 2 0 m， 沿 z轴方 向高度为 2 0 I n 。模型上方按至地 表岩体 的自重施加垂直方向荷载。在模型的 4个侧 面采用法 向位移约束 ， 顶面为应力边界条件 、 位移 自 由， 底边界施加水平及垂直位移约束 一 。根据现场 地质岩层情况 ， 该模型 由6层不同的岩层构成 ， 力学 参数见表 1 。该模型中的单元类型全部为 8节点六 面体单元 ， 最终模型的单元总数为 1 3 7 7 0 0个 ， 节点 总数为 1 4 8 6 2 5个。 表 1 模 型力学参数 3 ． 2数值模拟分析结果 3 ． 2 ． 1 垂直应力分布 由注浆前后巷道围岩的垂直应力分布特征 图 2 可 知 ① 注浆 前 底板 两 侧 的最 大 压 力 达 到 3 5 MP a ， 底板的最大压力仅为 1 0 MP a ， 此时围岩的水平 应 力大于垂直应力 ， 底板受到严重挤压 ， 出现较明显 的底鼓现象； ②注浆后增大底板两侧的力学参数 ， 底 板两侧 的最大压力达到 2 5 MP a ， 大大减小了底板受 到的挤压 ， 底鼓现象大幅减弱。 一 5 1 0 主 瑙 一40 - 4 5 匿 一l0 日一l5 塞 -40 -4 5 遂 ____ 塑隧 一 ．一 j a 注 浆 前 h 注 浆 后 图2 注浆前后运输巷垂直应力分布 3 ． 2 ． 2 垂直位移分布 由注浆前后巷道 围岩的垂直位移变化特征 图 3 可知 注浆前后垂直 位移变化较 明显 ， 注浆后垂 直位移明显减小 ， 并且距底板越近区域 的垂直位移 变化越明显。 1 ．． ’■ ．j 雀 a 注 浆 前 h 注浆 后 图 3 注 浆前后运输巷 道垂 直位移动态分布 3 ． 2 ． 3 底板中点垂直位移分布 由注浆前后巷道底板 垂直位移 曲线 图 4 可 知 注浆前底板的垂直位移最大可达 2 4 e m， 注浆后 底板的垂直位移减小至 3 c m， 可见注浆可有效控制 巷道底鼓。 2 2 4 8 4 0 曼 0 ． 5 O 图 4注浆前后巷道底板垂直位移 曲线 4 结语 采用注浆工艺对某矿皮带运输巷道底鼓进行了 治理 ， 并采用 F L A C 如软件对注浆前后巷道 围岩的垂 直应力分布规律 、 垂直位移分布规律 以及巷道底板 的垂直位移分布规律进行 了探 讨 ， 结果表明注浆后 巷道底鼓得到了有效控制， 可供类似矿山参考。 参考文献 [ 1 ] 康红普． 软岩巷道底 鼓机理 及防治 [ M] ． 北 京 煤炭 工业 出版 社 ． 1 9 9 3 ． [ 2] 孟祥阁 ， 谢 文兵， 荆升国， 等． 深井软 岩巷道底鼓 分层锚 注支护 技术[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 l 9 2 2 - 2 5 ． [ 3 ] 李开学， 王宏图， 刘正 海． 巷 道底鼓 理论 与防治技 术[ J ] ． 矿 业 安 全与环保 。 2 0 0 8， 3 5 3 3 4 - 3 7 ． [ 4] 孙 玉宁， 周 鸿超 ， 周 建荣 ， 等． 半煤 岩软底巷 道底 鼓控 制技 术 [ J ] ． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 0 7 3 3 4 0 3 4 4 ． [ 5 ] 毕 宣可 ， 王培 润 ， 尤春 安． 底 鼓 巷道 的 支护方 法 及参 数 确 定 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 4 8 1 8 - 2 0 ． [ 6 ] 武成 家， 王连 国， 董建涛． 动 压软岩巷 道底板 锚 注加 固效果研 究[ J ] ． 矿 山压力与顶板控制 ， 2 0 0 4 4 1 2 - l 6 ． [ 7 ] 王连 国， 廖 协 星 ， 董建 涛． 动压 巷道 锚 注 支护 数值 模 拟研 究 [ J ] ． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 0 6 1 3 9 - 4 2 ． 收稿 日期 2 0 1 6 1 l - 2 1 5 O 5 0 5 O 5 O 5 0 5 0 5 0 5 0 22 一 00 加 4 0 4 之