软岩巷道支护参数的数值计算分析.pdf

I SSN 1 671 2 90 0 CN 4 3 1 3 4 7 ／ TD 采矿技术 第 1 2卷 第 5期 M i ni ng Te c hno l o gy，Vo1 ． 1 2， No． 5 2 0 1 2年 9月 S e p． 2 01 2 软 岩 巷 道 支 护 参 数 的 数 值 计 算 分 析 李寿 山 化工部长沙设计研究院 ， 湖南 长沙4 1 0 1 1 6 摘 要 某矿 深部 开采 主要 的 中段 运 输 大巷布 置 于红 页岩 中 ， 极 不稳 定 。通 过 对有没 有安 装 底 角锚 杆 的巷 道进 行 力学分 析 ， 同 时分析 不 同 长度 的锚 杆 及 不 同底 角锚 杆 安装 角度 的 应力分布， 得 出锚杆长度为 2 ． 5 m、 4 5 。 底锚 角为深部软岩巷道的最佳支护参数。 关键 词 深部 开采 ； 软 岩巷 道 ； 支护参 数 ； 底 角锚 杆 ； 数值 计 算 1 工程 背景 某 矿 目前 主 要 中段 运 输 大 巷布 置 于 红 页岩 中 ， 红 页岩 属软岩 ， 深部 软 岩巷道 掘 进后 ， 其 围岩 应力特 征 变得 复杂 ， 在深 部高 应力 的作 用下 ， 软 岩 出现强 度 变 低 、 孔 隙率 增加 、 胶 结 程 度 变 差 、 受 地 质 构 造 影 响 严重 及风 化 现象严 重 等特点 ， 稳 定性 极差 ， 严重 影 响 施 工效率 及人 员 、 设 备 安全 。因此 ， 软岩 巷道 的支 护 问题 愈来 愈 受到重 视 。 国内软岩巷道的支护有较大的盲 目性， 常用的 支 护方法 一般 为锚 喷支 护 ， 大 多数 采 用 二 次 支 护及 多次喷浆支护， 但是始终没法解决深部软岩巷道的 支 护 问题 。该矿 山采 用 锚 杆 支 护 方 式 ， 支 护 参 数 设 计 是实 现巷 道安全 支 护 的关 键 所在 。本 文通 过数 值 计算 对某 深 部软 岩巷 道支 护 中不 同长度 的锚杆 及 不 同底 角锚 杆 安装 角度 的应 力 分 布 进 行 分 析 ， 得 出 最 佳支 护参 数 ， 为深 部软 岩巷 道 的掘进 提供 技术 支撑 。 2 软 岩巷道 支护参数数值分析 深 部巷 道 掘 进 断 面形 状 为 三心 拱 ， 增 加 支 护 方 式 能加 强 围岩 的稳定 性 ， 通 过分 析 不 同长 度 的 锚 杆 及不 同底角锚杆安装角度的数值计算结果来得 出最 佳 支护参 数 。 不 同支 护长度 的锚 杆 的数值 计算 分析 结果 如 图 1 、 图 2所 示 。 由图 1可 知 ， 没 有底 角锚 杆 支护 与有 锚杆 支 护 但是没有底角锚杆的巷道的底板切向应力值都趋向 于 巷道底 角 ， 增加 锚杆 后 ， 巷道 的切 向应 力峰值 趋 向 于 中心线 ， 然 而增 加锚 杆后 ， 底板 的切 向应力值 却 反 而 增加 。研 究结 论表 明 ， 虽 然支 护 了巷 道 的 侧 帮 和 顶 板 ， 但 是底 板 的切 向应力 却增 加 。同时 ， 由图 2可 知 ， 增加 锚杆 的长 度 对 底 板 的切 向应 力 值 改善 效 果 并不显著 ， 当锚杆长度为 2 ． 5 r n时支护效果最佳。 0 ． O O E 0 0 2 ． O 0 E 0 6 4 ． 0 0 E 0 6 6 ． 0 0 E 0 6 8 ． o 0 E O 6 1 ． 0 0 E 0 7 一1 ． 2 0 E 0 7 一 l _4 0 E 0 7 1 ． 6 0 E 0 7 一1 ． 8 o E 0 7 图 1 没有底锚支护 的深部软岩巷道底板切 向应力对 比 1 ．O 0 E 0 6 5 0 0 E 0 5 0 ．O O E 0 O 一5 0 0 E 0 5 1 ．O 0 E 0 6 一l 50 E 06 2 O 0 E 0 6 2 ．6 O E 0 6 3 ．0 0 E 0 6 丁2 5 6 7 8 9 1 0 l l 1 2 1 3 1 4 I 一 ； 图 2 不 同锚 杆 支 护 长度 的深 部软 岩 巷 遭侧 帮支 承 力对 比 不 同底 角锚杆 支 护角度 的数值 计 算结 果 如 图 3 所 示 。从 图 3可 知 ， 深 部 软 岩巷 道 在 增 加底 角 锚 杆 后 ， 随着底 角 锚杆 的角度 逐渐 增加 ， 底板 的切 向应 力 值 逐渐减 小 ， 当角 度超 过 4 5 。 时 ， 深 部 软岩 巷 道 底 板 的底 角切 向应 力 值 变 化 很 小 。从 安 装 难 易 程 度 可 知， 施工 4 5 。 底锚角为最佳参数 。 3 结 论 通过对开磷集团马路坪矿是否安装底角锚杆的 巷 道进行 力学 分析 ， 同 时模 拟 分 析 不 同长 度 的 锚 杆 及 不 同底 角锚 杆安 装 角 度 的应力 ， 得 出锚 杆 长 度 为 2 ． 5 r n 、 4 5 。 底锚角为最佳支护参数 。 5 4 采矿技术 0 ．o 0 E 0 0 2 ．O O E 0 6 4 ．0 0 E 0 6 6 ． o 0 E 0 6 -8 ．0 0 E 0 6 一 1 ．0 0 E 0 7 一l l2 0 E 0 7 1 ． 4 0 E 0 7 1 6 0 E 0 7 1 ． 8 O E 0 7 - 2 ． o o E 0 7 图 3不 同底锚角度红页岩巷道底板切 向应 力比较 参 考文献 [ 1 ] 柏跃杨 ， 钱海军． 回采巷道加 强与耦合支护技术研究[ J ] ． 矿 上接 第 5 0页 数 见表 2 。 表 2全断面钻进法施工参数 豢 鬻 全 断 面掘进施 工 步骤如 下 1 施 工准 备 。 由测 量人 员根 据设 计 制定 点 的 要 求 ， 进行 实 际 放 点 ， 包 括 充 填 井 的上 下 口坐 标 校 核 。钻 机 安装 检查 好 后 ， 启 动 主 机进 行 3 mi n空 载 运载调 试 ， 确认 一切 正常后 再进 行施 工 。 2 倒 硐 施 工 。 由地 表 向 空 区顶 板 开 导 向孔 ， 开孔 的质 量不仅 对 钻 机偏 斜 率 有 直 接影 响 ， 若 孔 口 毁坏后影响顺利排渣 ， 同时影 响效率 和钻 具寿命。 采用 短钻 杆进行 开孑 L ， 先将 牙 轮钻头 与短钻 杆 连接 ， 再将 短钻 杆送 人机 架 内与 导 向套 连 接 ， 调 整 机 头高 度将 牙 轮 钻 头 与 岩 石 接 触 ； 采 用 小 钻 压 1 5 ～ 2 0 k g ／ c m 低 速 开 孔 ， 并 继 续 推 进 ， 上 下 提 动 钻 头 扫 孔 ， 及 时清理 孔 内岩渣 ； 开孔 完毕后 ， 换 装一根 钻杆 ， 并 继 续 采 用 小 钻 压 低 速 钻 进 ， 钻 孔 深 度 超 过 3 m 后 ， 可 按正 常参数 钻 进 ， 并 且 开 始 逐 渐增 加 轴 压 ， 提 高转速 ； 为 了将钻 孔偏 斜率 控 制在 1 之 内 ， 必 须 保 证 排渣 的风 量 、 水 量 和风压 、 水压 ， 将岩 内岩渣排 净 ， 防止 堵孔 ， 且在施 工 过 程 中必 须 每 隔 一 段距 离 安 装 1 根 稳 定杆 。 3 扩 刷施 工 。2 5 0 mm 导硐钻通 后 ， 将扩 孔刀 盘 运 至 2 空 区底部 ， 再将 刀 盘和钻杆 用 吊具 连接 起 冶 ， 2 0 1 o 3 7 - 1 2 ． [ 2 ] 李龙生． 深部围岩巷道控制 中的锚注支护[ J ] ． 江西煤炭科技 ， 2 0 0 8 3 2 卜2 5 ． [ 3 ] 杨本生． 新型中空注浆锚 杆在软煤岩 巷道支护 中的应用[ J ] ． 西安科技大学学报， 2 0 0 9 4 6 - 1 0 ． [ 4 ] 吴新生 ， 李庶林． 软岩巷道锚杆支护效果的数值模拟研究 [ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 0 0 0 ， 2 0 1 2 4 2 6 ． [ 5 ] 王森全 ， 张磊． 付村煤业有 限公 司全煤巷道锚杆支护设计研 究[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 0 ， 1 0 5 7 3 7 4 ． 收 稿 日期 2 O 1 2 一 O 4 1 8 作者 简介 李寿山 1 9 8 0 一 ， 男， 湖南岳 阳人 ， 从 事矿 山工程 设 计 、 研 究 工 作 。 来 ； 确保 天井下 部工 作面 平整 ， 保 证 刀盘滚 刀受力 状 态 良好 ， 以减小 扩 孑 L 刀盘 的 冲击 ； 扩 孔 开始 时 ， 应 减 慢 断续 推进 ， 合 理控 制拉 力和转 速 ， 待刀盘 的所有 滚 刀接触 岩石后 ， 方 可按正 常压 力扩孔 。 4 结 论 从 上 述施 工 工 艺对 比分 析 得 出 ， 采 用 传 统掘 进 工艺 ， 施工效 率低 、 成 井 质 量 较差 ， 同时 施 工 中存 在 炮烟 中毒 、 高空坠落、 物体打击等安全隐患， 而采用 全 断面钻 进法运 用 天井 钻 机 进 行施 工 ， 具 有 施 工效 率高、 成井质量好、 工期短以及安全性能高等优点， 不仅 解决 了大块 废石 的二 次爆破 、 提升 运输 、 破碎 等 程 序 ， 还 解决 了高 天井施 工带来 的温 度高 、 通风差 等 不 良因素 。因此 ， 确 定用全 断面钻 进法 进行 施工 。 参 考 文献 [ 1 ] 张成 良， 杨绪祥 ， 李风 ， 等． 大型采空区下持续开采空区稳定 性研究[ J ] ． 武汉理工大学学报 ， 2 0 1 0 ， 2 0 6 7 4 7 7 ． [ 2 ] 郑怀昌 ， 李 明． 地下采空区危险性 及其分析[ J ] ． 矿 山压 力与 顶板管理， 2 0 0 5 ， 2 2 4 ． [ 3 ] 唐敏康 ， 刘明荣 ， 张东炜 ， 等． 不规则大采空 区不稳定区域研究 [ J ] ． 有色金属科学与工程 ， 2 0 1 2 ， 2 6 3 2 5 2 7 ． [ 4 ] 杜艳德 ， 郭增卿 ， 吴俊一． 杨 庄矿采空 区的技术处 理[ J ] ． 矿山 工程技术 ， 2 0 1 0 4 2 1 2 4 ． [ 5 ] 张五兴 ， 宋嘉栋 ， 谷新 建． 三道 庄矿 区采 空 区处理 方 案优 化 [ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 0 1 l ， 3 l 4 7 8 7 9 ， 1 0 3 ． [ 6 ]罗毅莎 ， 姚振巩． 采空区安全处理 的对策措施研 究[ J ] ． 采矿技 术 ， 2 O 1 O ， l O 4 6 5 6 7 ． E 7 ] 孙 光华 ， 李青山． 采空 区充填技术 研究[ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 O 1 1， 3 1 5 1 6 一 i 7， 6 5 ． 收稿 日期 2 O l 2 0 4 ～ 2 O 作者 简介 杨羽慰 1 9 8 6 一 ， 男， 福建漳平人 ， 助理 工程师 ， 主 要从 事采 矿 工程技 术工 作 ， E ma i l y a n g y u w e i 一 2 0 0 1 1 6 3 ．