深部掘进不同岩层圆形巷道力学特性分析.pdf

I SSN 1 67 1 2 9 00 CN 4 31 3 4 7 ／ TD 采矿技 术 第 1 2 卷 第 5 期 M i ni n g Te c hno l ogy，Vo1 ．1 2， No ．5 2 0 1 2年 9月 Se p． 201 9 深 部 掘 进 不 同 岩 层 圆 形 巷 道 力 学 特 性 分 析 李 忠 ， 吴西 富， 王 大勇， 黄 吉勇 贵州 开磷 集 团 有 限责 任公 司 ， 贵 州 贵 阳 5 5 0 3 0 2 摘要 开磷 矿 业 总公 司的矿 山逐 渐进 入深 部 开采 ， 掘进 并 支护后 巷道 变形 和锚喷 层垮 落 现 象极 其严 重 ， 通过 对三 心拱 和 圆形巷 道 的应 力对 比分析 ， 可 知 圆形巷道 周 边的切 向应 力 值比三心拱巷道小。因此， 当进入深部有岩爆倾向的巷道掘进 时， 应采用 圆形断面进行施 工。 关键词 深部开采； 力学分析； 三心拱； 圆形巷道 开磷 集 团下属 公 司开磷 矿业 总公 司的矿 山逐 渐 进入 深部 开采 。 由于其 高 应 力 特 征 ， 深 部 巷 道 掘 进 进行 支护 后变 形 和锚 喷 层 垮 落 现 象 极 其 严重 ， 对 圆 形 断 面 的巷道 进行 数值 计算 ， 分 析其 应力 关 系 ， 并 与 普通 三心 拱巷 道进 行对 比 ， 找 出适宜施 工 方案 ， 为 开 磷 集 团 的深部 巷道 掘进 提供 技术 支撑 。 1 圆形巷道模 型 的建立 计算模 型 以开磷 矿 业 总公 司的 圆形巷 道 断面 为 分 析对 象 ， 其半 径 为 2 ． 5 m， 采 用 ANS Y S软 件建 立 平 面计 算模 型 ， 如 图 1所 示 。为 了减 少 边 界效 应 对 数值计算模型计算结果 的影 响， 模 型宽 为 6 0 m， 高 为 6 0 m， 由 于平 面结 构 的对 称 性 ， 选 用 巷 道 整 体 模 型 的 1 ／ 2 建 立有 限元 计 算 模 型 ， 有 限 元 单元 为 四边 形 p l a n e 4 2 ， 模 型材 料 为线 弹性 ， 模 型 划 分有 限元 单 元 后 的计算 模 型如 图 1 所 示 。 图 1 圆形 巷 道 有 限 元模 型 2 不 同中段 圆形巷道应力分析 开磷 矿业 总公 司 的 6 0 0 m 红 页岩 中段运 输 大 巷采 用 圆形 巷道后 围岩 的应 力分 布特 征 如 图 2 、 图 3 所 示 ， 巷道 围岩 垂直 均布 压力 大小 为 1 ． 8 2 6 MP a ， 水 平 均 布压力 大小 为 3 ． 3 3 8 I V l P a 。 图 2红页岩6 0 0 i n中段运输 大巷切 向应力分布 3 2 3 图 3红 页岩 6 0 0 in 中 段运 输 大 巷 切 向应 力 开 磷矿 业 总公 司的 7 0 0 m 砂 岩 中段运 输 大 巷 采 用 圆形巷 道 后 围 岩 的 应 力 分 布 特 征 如 图 4 、 图 5 所 示 ， 巷 道 围岩垂 直 均布 压力大 小 为 4 ． 2 8 5 MP a ， 水 平 均布 压力 大小 为 7 ． 6 6 3 MP a 。 开磷 矿 业总公 司的 7 5 0 m 砂 岩 中段运 输 大巷 采 用 圆形巷 道 后 围 岩 的 应 力 分 布 特 征 如 图 6 、 图 7 所 示 ， 巷道 围岩 垂直 均布 压力 大小 为 4 ． 9 5 7 MP a ， 水 平 均布 压力 大小 为 9 ． 8 7 2 MP a 。 2 8 采矿技术 图 4砂岩 7 0 0 m 中段大巷切向应力云图 1 9 ． 0 1 9 ．o 单位 M e a 图 5砂 岩 7 0 0 i n中段 大 巷 切 向应 力 3 三心拱巷道 围岩应力分析 深部 巷道 采用 三心拱 后巷 道 围岩 的切 向应 力值 见 表 1 。 表 1 三 种 岩 样 不 同 中段 切 向 应 力 值 4 结 论 通过对 开磷 矿业 总公 司三 心拱 和圆形 巷道 的应 力对 比分析， 可知圆形巷道周边的切 向应力值相对 三心拱 巷道 而 言较 小 ， 因此 建议 在 逐 渐 进入 深 部 开 ◆- ．-◆-．-◆一◆- ■一“ 4“ - -◆- ．_．-．一 E 3 ] E 4 ] 采 有岩爆 倾 向时 ， 深 部巷道 采用 圆形 断面进 行施 工 。 图 6砂 岩 7 5 0 m 中段 大 巷 切 向应 力 云 图 2 5 ． 1 2 5 ． 1 单位 MP a 图 7 砂 岩 7 5 0 m 中 段大 巷切 向应 力 参考文献 [ 1 ] 李文成 ， 马春德 ， 李凯 ， 等． 贵州开阳磷矿三维地应力场测量 及分布规律研究 _ J ] ． 采矿技术， 2 0 1 0 ， 1 0 5 3 l _ 3 3 ． [ 2 ] 李顺才． 巷道局部弱支护围岩应力场及稳 定性分 析[ J ] ． 采矿 与安全工程学报 ， 2 0 1 0 4 4 6 3 4 6 8 ． E 3 ]蹇明星， 林业 ， 马春德 ， 等． 马路坪矿深部开采岩爆倾 向性评 价 与防治对策[ J ] ． 采矿技术 ， 2 O l 1 ， 1 1 2 5 2 5 4 ． E 4 ] 康红普． 深部沿空留巷围岩变形特 征与支护技 术[ J ] ． 岩石 力 学与工程学报 ， 2 o l o 1 o 1 9 7 7 1 9 8 2 ． [ 5 ] 吴广宇， 阳雨平 ， 任建平． 新型临时 支护设备在 金属矿 山采矿 中的应用 [ J ] ． 矿业研究与开发 ， 2 O l 1 ， 3 1 1 3 3 3 5 ． [ 6 ] 涂敏． 沿空 留巷顶板运动与巷旁 支护阻力研究 [ J ] ． 辽 宁工 程技术大学学报 自然科学版 ， 1 9 9 9 ， 8 4 3 4 7 3 5 1 ． 收 稿 日期 2 O 1 2 一 O 4 1 8 作 者简介 李 忠 1 9 7 1 一 ， 男， 贵 州遵 义人 ， 工程师 ， 主要 从 事矿 山井建 与采矿管理工作 。 ．- ．_ ．． - ．- ◆- ．- ⋯．- ．- 上接 第 3页 采矿设计手册编委会． 采矿设计 手册 4 E M] ． 北京 中国建 筑 工 业 出版 社 ， l 9 8 6 ． 郭雄 ， 乔伟 ， 罗 骋． 盘 区上 向水平分层充 填法在谦 比西 铜矿 的应用[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 1 ， 1 l 2 1 1 - 1 2 ， 2 3 ． ．- ．⋯⋯◆ [ 5 ] 苏丹 ， 陈健 ， 张春鹏 ， 等． 缓倾 斜薄矿 脉混合开采1 二 程实践 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 0 ， 1 0 1 5 - 7 ． 收 稿 日期 2 0 1 2 - 0 3 2 7 作 者 简介 雷 小 林 1 9 7 5 一 ， 男 ， 陕 西风 县 人 ， 工 程 师 ， 主要 从 事采矿技 术及 管理 工作 。 竹 8 l 7 5 7 4