深部围岩稳定性影响因素研究.pdf

第 2 9卷第 3 期 2 0 1 0年 3月 煤炭技术 Co a l Te c h n o l o a v V o I ． 2 9． N o． 0 3 Ma r ， 2 0l 0 深部 围岩 稳定性影 响 因素研 究 高金 忠 ，肖福坤 1 ． 龙煤集 团双鸭山分公 司 东荣 三矿 ，黑龙江 双鸭 山 1 5 5 1 0 0 ；2 ． 黑龙江科技学 院 资源 与环境工程学 院，哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 深井巷道围岩随着开采深度的增加其稳定性也发生了变化。通过对深井巷道罔岩稳定性的分析 ， 认为影 响深井巷道围岩稳定性的3个主要因素是围岩性质、 采深和支承压力， 得到了根据围岩性质、 采深和支撑压力来控 制 巷道稳定性的结论 。 关键词 围岩应 力 ；围岩强度 ；稳定性 ；深部 开采 中图分 类号 T D 3 1 文献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 1 0 0 3 0 0 7 9 0 3 Re s e a r c h o n I n fl u e n c i n g Fa c t o r s o f Ho s t Ro c k S t a b i l i t y i n De e p M i n e G AO J i nz h o n g ，XI AO F uk u n 1 ． D o n g r o n g N o ． 3 C o a l Mi n e ， S h u ang y a s h a n B r a n c h ， k o n g m e i G r o u p ， S h u a n g y a s h a n 1 5 5 1 0 0 ， C h i n a ； 2 ． I n s t i t u t e o f R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e ri t E n g i n e e r i n g ， H e i l o n N i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ，C h i n a Ab s t r a c t W i f h t h e i n c r e a s e o f mi n i n g d e p t h，t h e h o s t r o c k s t a bi l i t y h a s c h a n g e d．I n t h i s p a p e r ，t h e s t a b i l i t y o f h o s t r o c k i n d e e p mi n e t u n n e l i s a n a l y s e d．I t i s t h o u g h t t h a t t h e ma i n f a c t o r s o f i t ffl u e n c i n g t h e s t a b i l i t y o f h o s t r o c k i n d e e p mi n e a l e r o c k p rop e r t i e s 。t h e d e p t h o f mi n e a n d t h e s u p p o rt p r e s s u r e．TI 1 e c o n c l u s i o n i s we mu s t c o n t r o l t h e s t a b i l i t y o f h o s t r o c k b a s e d o n t h e r o c k p r o p e r t i e s，t h e d e p t h o f mi n e a n d t h e s u p p o r t p r e s SUre ． Ke y wo r d s h o s t r o c k s t r e s s ；h o s t r o c k s t r e n g t h；s t a b i l i t y；d e e p mi n i ng 0 概 述 随着地下开采的不断深入 ， 产生工程灾害 的可 能性将逐渐加大 ， 如岩层压 力大 、 巷道围岩变形量显 著增大和变形速度快 、 支架损环严重 、 巷道翻修量剧 增 、 巷道维护变得异常困难 。由于受 高温 、 高围压 、 高孔隙压力 的影 响 ， 流变成为深部巷道变形 的主要 特征 。采场矿压显现剧烈 ， 采场易失稳 ， 易发生破坏 性的冲出地压。据相关 的统计资料表 明， 随着 开采 深度的增加 ， 巷道 中岩爆 危险性增 加 ， 瓦 斯高度 聚 积， 诱发严重的安全事故 的可能性增加。深部 开采 条件下， 岩层温度高 ， 作业环境恶化 。深部巷道 由于 受“ 三高” 的影响使得巷道围岩变形呈现出了浅部巷 道所没有的～些特点 ， 对深部 巷道稳定性 的研究 已 显得尤为重要 。国内外 的许多科学工作者为此展开 r大量 的研究 ， 也取得了一定的成果 ， 但仍有大量深 部开采 问题需要解决。文中对深部开采 中巷道的稳 定性进行了研究和分析 J 。 l 影响巷道 围岩的主要因素 1 ． 1 围岩性质对深井巷道变形的影响 表 1为从某矿埋深 8 0 0 m石门测出的围岩变形 量。另据对处在蠕变阻尼阶段的 8 1 0 m采深的巷道 中观测 ， 泥岩 、 粉砂岩 、 砂岩巷道顶底板变形速度分 别为 0 ． 7 2 2 n m a ／ d ， 0 ． 4 0 6 m m ／ d和 0 ． 0 0 n u n ／ d ， 依 次处 于极不 稳定 、 不 稳定 和稳 定状 态 。 表 1 围岩变形量 岩性 两帮移近 鞋／ m m 砂岩 粉砂岩 泥岩 2 0～3 3 4 0～6 5 1 l 3～2 6 5 根据原苏联 的研究 ， 一 1 2 作面 前方支承压力影响 带 内巷道的顶板移近量与巷道围岩强度及采深存在 表 2所示 的关系。 表 2 顶 板移近量与巷道 围岩 强度及 采深存在的关 系 收稿 日期 2 0 0 9 1 22 1 ； 修 订 日期 2 0 1 00 2 0 8 作者 简介 高会忠 1 9 6 9 ～ ， 男 ， 黑龙江双 鸭山人 ， 助理二 r 程师 ， 1 9 9 6年 毕业 于原双 鸭 I l l 矿务局j 学 院采矿 _ _f 程专 业 ， 现 任龙煤 集 刚双鸭 J I 1 分公 司东荣一矿采煤 区副区 长。 8 0 煤炭技术 第 2 9卷 由此可见 ， 岩性不 同， 采深的影响不同。在软弱 岩层 中， 开采深度对 围岩变形 的影响比对坚硬 岩层 的影响显著得多。在这里 ， 起 内在作用 的是 围岩应 力与围岩强度的对比关系 。 当巷道围岩强度较高 ， 巷道周边应力低于围岩 长时强度时， 围岩处在弹性状态下工作， 不会出现破 碎松动区， 围岩变形随N I q 延长和空间增大而衰减 ， 特性曲线如图 1 所示。当围岩周边应力大于周边围 岩长时强度 ， 但小于瞬时强度时， 巷道周边出现塑性 变形 ， 围岩破碎 ， 并伴有体积增大， 但由于围岩具有 一 定的强度和 自稳能力， 以及离开巷道周边后应力 衰减， 应力状态变化 ， 破碎松动在一定范围内停止 ， 同时， 巷道变形速度也随时间增长而渐趋稳定 。 非 稳 定变 形 稳 定 形 巷 道 掘进 图 l 围岩应 力低 于围岩长 时强度时的围岩变形特性 当巷道周边应力超过围岩瞬时强度时， 随巷道 掘进 ， 围岩会 出现 明显破坏 ， 并依次出现松动区 、 塑 性区和弹性区。围岩变形表现为明显 的流变性 ， 一 般特性曲线如图 2所示 。这种类型是深井巷道 中的 主要类型。在实际工程 中常表现为巷道呈周围来压 趋势， 升挖后长期不能稳定 ， 变形严重 ， 底鼓量大等。 据淮南九龙岗煤矿水平大巷观测 ， 巷道位移剧增和 缓增时间长达 6 0～ 9 0 d ， 有的 1 8 0 d尚未趋于稳定。 图 2围岩应力高于围岩 瞬时强度 时的围岩变形特性 1 ． 2 采深对巷道围岩稳定性的影响 据对煤系地区测试 如图 3 ， 随深度增加 ， 垂深 应力呈线性增加， 这样必然 导致深部 围岩应力的增 高， 以及 围岩应力与 围岩强度对 比关 系的变化 。顿 巴斯煤炭科学研究院研究 ， 从 6 0 0 n l 开始 ， 采深每增 1 0 0 m， 顶底板移近量增加 1 0 ％～1 l ％。新汶矿务局 孙村煤矿斜 井及 四煤上 山巷道实 际观测 ， 从垂 深 5 7 0 i n开始 ， 采深每增加 1 0 0 m， 顶底板移 近量约增 加 5 e m。另据对开滦矿务局的统计 ， 随巷道埋深的 增加 ， 底鼓巷道长 占深部巷道总长的比例增加。采 深由4 0 0 m增加到 1 0 0 0 m时， 回采巷道底鼓比例由 3 2 ％增加到 7 0 ％， 准备巷道 由 2 4 ％增加 到 5 7 ％， 开 拓巷道 由 2 0 ％增加到 4 2 ％。深井巷道底鼓 已成为 影响巷 道稳 定 和巷 道 翻修工 作量 的主要 变形 形 式 ． ‘ ． ＼． 【 】 l U 0 U 40 bU ／ M P a 图 3 原岩应力与深度的关 系 1 ． d 2与 口关 系 d 2 O ． 0 2 7 n 2 ． 2与 H实测关系 d 2 0 ． 0 2 9 7 H 3 ． 与 H实测关 系 1 ． 3 采动和支承压力对巷道稳定性的影响 在深井巷道中， 由于高应力作用 ， 围岩多处在破 坏和临界破坏状态 ， 因此 ， 任何采掘和支承压力的扰 动必然带来巷道稳定性较浅部更敏感的变化。据统 计， 在 5 0 0～1 0 0 0 IT I 埋深的开拓和准备巷道中， 巷道 失稳有 7 5 ％是受采动和 固定支承压力影响造成的。 受采动和支承压力影 响破坏和严重破坏 的巷 道 占 8 5 ％以上。可见 ， 在 5 0 0 ～1 0 0 0 m深度下 ， 采动和支 承压力是影响巷道稳定的主要因素之一 。 随着深度 的增加 ， 支承压力影响范围和强度 明 显增大。据新汶矿务局孙村煤矿观测， 6 0 0 11 1 采深 时， 工作面前方支承压力影响范围平均为 1 0 0 m； 8 0 0 m采深时 ， 该范围增大到 1 2 0 m， 且煤柱支承压力沿 底板深度达 3 0 0 m左右 ， 影响范围显著增大， 应力成 倍增加。 实践证明 ， 深部开采靠加大煤柱宽度来保持巷 道稳定是十分困难的 ， 表 3为巷道埋深与煤柱宽度 及巷道稳定状况关系。深1井中， 应调整开拓布局和 巷道布置 ， 改革开采程序， 使巷道尽可能避开采动及 煤柱等支承压力影响。另外， 煤柱支承压力对巷道 稳定性的影响并不是孤立的， 其仍然与围岩性质有 很大关系。据对 0 1 1 3 某矿埋藏 8 0煤柱 中底板大巷 的 测， 泥岩、 粉砂岩、 砂岩的围岩变形速度依次为 3 ． 1 5 m m ／ d ， 2 ． O 0 m m ／ d ， 1 ． 4 0 m m ／ d ， 三者的比值为 2 ． 2 1 ． 4 1 ， 再次说 明岩性在深井巷道稳定性 中的重要 作用 。 2 9卷 3 1} 『】 2 0 1 0年 3月 煤炭技术 Co a l T e c h n o l o a v Vo 1 ． 2 9， No ． O 3 Ma r 。 2 0 1 0 单体液压支柱支护在 高位 壁式正规生产中的应用 吴 国强 永安 煤业有限责任公 丰海煤矿 ，福建 永安 3 6 6 0 l 8 摘要 永安煤、 有限责仟公司丰海煤矿通过在 3 0 7 采区一2 0 C 9 S工作面开采r l l 采川 体液压支柱支护， 实现了高 位壁式推采 ， 减少 了材料消耗 ， 大幅度提高 了回采 率 ， 为今 后在类似条件采煤T 作面推广 应用单体 液 支柱 支护进 行 规生产提供 J ， 有益的经验 。 关键词 采煤工 作面 ；单体液压 支柱 ；支护 中图分类号 T D 3 5 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 88 7 2 5 2 0 1 0 0 3 0 0 8 1 ～0 3 Ap p l i c a t i o n o f S i ng l e Hy d r a u l i c Pr o p s S u p po r t i n g i n Hi g h W a l l Re g u l a r Pr o d u c t i o n W U Gu o q i a n g F e n g h a i C o a l M i n e ， Y o n g ’ a n C o a l I n d u s W C o ． ， L t d ． ， Y o n g ’ a n 3 6 6 0 1 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s i n g l e h y d r a u l i c p r o p s s u p p o rti n g wa s a p pl i e d a t一2 0 C9 S c o a ]f a c e i n No． 3 0 7 mi n i n g a r e a i n F e n g h a i Co a l Mi n e，Yo n g’ a n Co a l I n d u s t r y Co． ，L e d．T h e p u s h i n g mi n i n g a l o n g t h e h i g h p o s i t i o n wa l l wa s r e a l i z e d．Th e ma t e r i a l c o n s u mp t i o n wa s r e d u c e d．Th e r a t e o f r e e o v mT wa s s i g n i fi c a n t l y i mp r o v e d．Th e u s e f u l r e f e r e n c e wa s p r o v i d e d f o r t h e r e g u l a r p r o d u c t i o n wi t h s i n g l e h y d r a u l i c p r o p s s u p p o r t i n g t h a t Wa s p o p u l mi z e d a n d a p p l i e d a t t h e f a c e i n s i mi l a r c o n d i t i o n s i n f u t u r e． Ke y wo r d s c o a l f a c e ；s i n g l e h y d r a u l i c p r o p ；s u p p o s i n g 0 前言 永安煤业有限责任公司丰海煤矿主采煤层为赋 存较为稳定的 c 1 ， C 9 ， C 1 0煤层 ， 配采 的局部可采及 硬薄煤层为 C 1 1 ， C 2 ， C 4 ， C 65等煤层 ， 正规生产 以 C 1 ， c 9 煤层的正规长壁推采和厚度一般为 0 ． 5 ～ 表 3 深 度增 加对深部 围岩应 力与围岩强度的影响 2 结论 1 及时改善和恢复围岩应力状态 ， 减轻围岩破 裂扩展程度 ， 使围岩保持完整性 ， 进而达到稳定围岩 的 目的 。 2 在相同围压 下， 随孔隙压力 的增加 ， 不仅岩 石强度降低 ， 而且岩石的脆性也增加 ， 出现了由脆性 向延性的过渡 ， 孔隙压力的影响相当于降低了围压。 3 工作面跨采时， 跨采巷道应 当超前 4 0 ～6 0 m 进行加 固； J 二 作而推过 6 0 ～7 0 m后巷道变形速度逐 渐减小 ， 巷道变形趋于稳定。 4 深部巷道 同岩变形是 围岩应力与 围岩岩性 共同作用的结果 。当围岩应力超过围岩的瞬时强度 时 ， 巷道周边依次出现松动 区、 塑性 区和弹性 区， 围 岩处于流变状态 。 参考文献 [ 1 ] 肖福坤 ，孙豁 然 ．深井 巷道 围 稳 定性 分析 [ J ] ．中罔矿 业 ． 2 0 0 8 ， 1 7 5 9 79 9 ． [ 2 ] 赵 延峰 ， 于志强 ， 朱跃 泉 ， 等 ． 深 郊煤巷复 合顶板锚索 支护技 术 [ J ] ． 矿 山压力与顶板控制 ， 2 0 0 4， 1 2 42 8 ． [ 3 ] 何满潮 ． 深部开 t 采 工程岩 石乃学 的脱状 及 其展望 l A]中国岩 石 力学与 工程学会 ． 第八次 闻岩石力学 -j I 程学术大会论文 集 [ C ] ． 北 京 科学出版礼 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 肖福坤 ．巷道掘进 支护计 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