深井巷道掘进对相邻巷道扰动规律的分析.pdf

I S SN 1 6 71 29 0 0 CN 4 3 1 3 4 7 ／ TD 采 矿 技 术 第 1 3卷 第 2期 M i ni ng Te c hno l o gy，Vo 1 ．1 3， No． 2 2 0 1 3年 3月 M a r ．2 013 深 井 巷 道 掘 进 对 相 邻 巷 道 扰 动 规 律 的 分 析 蒋孝 海 广东宏大爆破股份有限公司 ， 广东 广州 5 1 O 0 0 O 摘 要 随 着开采 深度 的不 断增 大 ， 深井巷 道群 掘进 显现 出的矿 压 相互扰 动规 律 与 浅部 相 比差异很大。朱集煤矿第一水平为一9 0 6 m， 为典型的深井开采矿 井， 基于朱集矿现场试 验 ， 通过 理论 分析 ， 得 出朱 集矿巷 道群 矿压 显 现 的相 互扰 动规 律 ， 研 究 结 果 为整 个矿 区进 入深部开采后合理选取有效的巷道围岩控制手段提供 了参考依据。 关键 词 深部 开采 ； 巷道 掘进 ； 矿 压显 现 ； 围岩 变形 近年来 ， 我 国采矿业从分散型逐渐 向集约型转 变， 煤矿开拓设计观念也在转变 ， 致使大量煤矿出现 多类多条巷道集 中布置 ， 呈现 出巷道群的布局。该 类 矿井 初 期多采 用 立 井 单 水 平 多翼 开 采 ， 开 拓 巷 道 拨 门后直接进入煤层布置采煤工作 面， 在工作 面回 采后期 ， 致使多条大巷及其硐室群受到采动影响， 随 着 开采 深度 的增 加 ， 巷 道 围岩力 学 性质 恶化 ， 巷道 变 形 越来 越剧 烈[ 1 ] 。 l 工程概况 朱集东矿井井 田面积大 ， 煤 层埋藏 深 ， 表 土层 厚 ， 瓦斯大、 地温高 、 地压大 ， 根据井 田特点 ， 采用立 井 、 多 水平 、 分组 集 中大巷 、 分 区通 风 、 集 中出煤 的开 拓 方式 。 全井 田划分为两个生产水平 ， 其中一水平设 于 一 9 0 6 m， 开 采 1 3 1煤 层 ， 在 一 9 8 5 I n设 一 辅 助水 平 ， 开 采 l 1 一 煤 层 ； 二水 平标 高暂 定 一1 0 7 0 m， 开采 B组煤 。沿井 田走 向划 分 为 4 个 块 段 ， 即东 一 、 东二 块段 ， 西一 、 西二块段 ， 将东一块段划分为南北盘区， 矿井投 产移 交东 一 1 1 一 北盘 区 。 向东 的各 条 巷 从 北 向南 分 别是 北 岩 石 回风 大 巷 、 东 翼胶 带机 大巷 、 南 岩 石 回风大 巷 、 北轨 道大 巷 、 南 轨道 大 巷 。北 回 风 巷 与 东 机 巷 的平 面 位 置 相 距 6 5 ～4 5 m， 大部分与一8 9 1 m 同一标高 ； 东机巷与南 回风巷 的平面位置间距是 6 0 m， 垂直高差是 1 5 m； 南 回风巷与北轨巷平面位置间距为 2 5 m， 大部分在 一 9 0 6 m 标 高 水平 ； 南 、 北 轨巷 间距 为 4 7 m。如 图 1 所示 。 图 1 巷 道 布 置 2 巷道群 相互扰动影 响规律分析 2 ． 1 施 工 时间安 排及 掘进 工艺 和支 护形 式 一 8 8 5 m轨道大巷从 2 0 0 9年 7月份开始施工 ， 到 2 0 0 9年 1 1月底 结束 ， 前期采 用架 2 9 U 型棚施 工 ， 棚距 7 0 0 mm； 后期采用架 3 6 U型棚施工， 棚距 7 0 0 mm； 东翼南岩石 回风大巷 过⋯9 0 6 8 8 5 r n 轨 道 斜 巷 后 ， 与 一 8 8 5 r f l 轨 道 大 巷 平 行 施 工 ， 从 2 0 0 9年 9月到 2 0 0 9年 1 2月施 工到首采面轨道顺 槽下方 ， 该巷道采用综掘， 支护形式采用架 2 9 U棚 ， 棚距 7 0 0 mm， 滞后每 3棚补打 1 根顶部和 2根肩部 锚 索 。 1 4 采矿技术 东翼 胶 带机 大巷 在 ～9 0 6 8 8 5 m 轨 道 斜 巷 的东翼 ， 施 工 时 间从 2 0 0 9年 9月 到 2 0 0 9年 1 1月 底 ， 使用炮掘施工 ， 其后面向东施工采用综掘 ， 支护 形式都 采 用架 2 9 U 棚 ， 棚距 7 0 0 mm， 滞后 每 3棚补 打 3根顶 部和肩 部锚 索 。 2 ． 2巷道 围岩 变形 规律 从 东翼 几 条 巷道 的 现场 实 地 观察 看 ， 巷 道 的压 力显 现主 要表 现为 顶板 下 沉 、 底 板 鼓起 ， 侧 向压 力 显 现不 明显 。一 般 在 迎 头 向后 5 O ～ 1 0 0 m 矿 压显 现 就十分 强 烈 。架 U 型棚 巷 道 直 接 表 现 为 顶 梁 压 平 ； 锚 网支护 巷道 表 现 为 拱 顶下 沉 变 平 。顶 板 下 沉 量 一般 在 0 ． 1 ～0 ． 3 m， 局部 达 0 ． 5 m。底 板鼓 起 一 般 在 0 ． 3 ～0 ． 5 m， 局 部达 0 ． 7 I n 。 一 8 8 5 I T I 轨 道 大 巷岩 性 主要 为 花 斑 泥 岩 ， 岩 性 较差 ， 埋深大 ， 地应力高 ， 受相邻巷道 东翼胶带机巷 和东 翼南岩 石 回风 大 巷 开 挖 扰 动 影 响 ， 处 于 应 力 集 中区 ， 巷 道变 形 明 显 加剧 。东 翼 南 岩 石 回风 大巷 施工 ， 因滞 后 一8 8 5 m 轨 道 大 巷 1 ～ 2月 掘 进 。使 一 8 8 5 m 轨道 大巷 开挖后 形成 的一 次平 衡应 力 再次 被 破坏 。后 期 改 架 3 6 U 型 棚 施 工 ， 锚 索 及 时 跟 进 后 ， 基本满足巷道施工要求。 东翼 胶 带机大 巷滞 后 一8 8 5 IT I 轨 道大 巷 2个 月 进 行炮 掘作业 ， 施 工 了 3个 月后 改 为 综 掘 。炮 掘 进 度 慢 ， 炮 掘开 挖 对 一8 8 5 m 轨 道 大 巷 的扰 动 影 响 非 常 剧烈 ， 综掘 扰 动 影 响 相 对 较 小 。一 8 8 5 m 轨 道 大 巷 在 自身 围岩还 没有 稳 定 ， 南 侧 的 东 翼南 岩 石 回风 大巷 的开挖 ， 而后 的北 侧 东翼 胶 带 机 的 开挖 使 其 围 岩处 于南北 两 条 巷道 的应 力 的叠 加 区 。来 压 明 显 ， 变形 极其 严 重 。矿 压 显 现 为 2 9 U 型棚 拱 顶 部 分 多 处被 压成 麻花 状 大 变形 。轨道 发 生 倾 斜 ， 巷 道拱 顶 下沉 ， 部分 2 9 U型棚歪斜 ， 部分拱顶处笆片破坏 ， 巷 道 底 鼓 严 重 ， 底 板 处 出 现 裂 缝 ， 顶 板 下 沉 一 般 达 1 ～3 0 0 mm， 最 大 下 沉 量 5 0 0 mm， 底 鼓 一 般 达 3 0 0 ～ 5 0 0 mm， 最 大值 达 8 0 0 mm， 两 帮 收敛 一 般 在 8 0 2 0 0 mm。左右补 打 了顶部 和肩部 的锚 索后 ， 巷道 的变 形量 和变形 速 度 明显 变 小 ， 这 说 明 采用 锚 索 补 强后 比单独 使用 2 9 U 型棚 支护 更能 限制巷 道变 形 。 2 ． 3 巷 道 围岩 受 力破 坏 分析 随着相邻岩石回风 南 巷和东翼胶带机巷的掘 进 ， 因受开挖扰动的影 响， 监测断面的 日变形量 、 变 形速度显著增加 ， 后掘巷道 的跟进使先掘巷道围岩 中形成 了一定 程 度 的剪 切 应 力集 中 ， 从 而 使 巷 道在 剪切应 力作 用下 ， 其 围岩发 生剪切 应力 破坏 ， 当围岩 达 到强度 极 限后 ， 巷 道 表 面就 会 产 生 变形 破 坏 。在 先 掘巷 道两侧 均 开挖 巷 道 后 ， 先 掘巷 道 巷 道 围岩 应 力的集中系数有所升高 ， 且应力集中范 围也相应 的 有 所扩 大 ， 这 主要 是两侧 巷 道先后 开挖后 ， 采 动引起 的底板 应力 集 中叠加作 用 的结果 。在相 邻巷 道掘 过 测站一 周 时间 内 ， 巷道 的变 形有增 大 的趋势 ， 同时两 侧 同时掘 进巷道 垂 直 应力 对 先 掘 巷 道影 响 都 较 大 ， 是引起 巷道 围岩 变 形 的重 要 因素 ， 先 掘巷 道 受 剪 切 应力的影响也较大 ； 不管是垂 直应力变化还是剪切 应力 变化 ， 都对 先 掘巷 道 的 围 岩变 形 起 到 了促 进 作 用[ 4 - 7 ] 。另外 ， 测 站处 的锚 索测力计 显示 巷道 肩部 的 锚 索拉力 均增 大 。这也 说 明岩石 回风巷 南 东翼胶 带 机巷 的掘进 对巷 道产 生 了很大 的扰动 影响 。 根 据 安装 的锚 索测 力 计监 测 结果 ， 扰动 影 响 剧 烈期 间 ， 巷 道 围岩 剪切 应力 分布不 平衡 ， 从而 会导 致 巷 道发 生剪 切破坏 变形 ， 顶部 锚索受 力 最大 ， 两肩 部 锚 索受 力较 小 。这 说 明巷 道 顶 部 承受 较 大 的 压 力 。 锚 索受 力最 大 ， 顶 部达 2 2 8 ． 1 3 k N 约 3 ． 8 t 。巷 道 掘 出后 ， 围岩应 力集 中 ， 应力 升 高超过 巷道 围岩 的强 度极 限时 ， 巷道便 产 生变形 破坏 ， 巷道 围岩 处于 破裂 松动状态 残余强度状态 时， 由于这部分围岩已失 去 自承能力 ， 围岩稳定性差 ， 巷道变形量大， 导致 支 护 变得 困难 。随着 时 间 的推移 ， 变 形速 度 逐 渐 减 小 下来 ， 而趋 于稳 定 ， 应 力 调 整期 一 般 为 3个 月左 右 。 底臌 量 占巷道 变形 量 的 比例 较大 。 3结论 和建 议 i 设计规范对深部巷道群各大巷的间距、 垂 距 ， 应 根据 垂深 大于 8 0 0 m 作 必要 的调 整 。 2 深部巷道支护采用单一 的架 U 型棚 已不 能满 足现场 的支 护要 求 ， 必 须采 用复 合支 护的形 式 ， 即架 U 型棚 锚 索 喷注浆 或 外锚 网 索 内 U 型 棚， 且锚索支护滞后迎头不得大于 5 0 m。 3 根据 矿 压 显 现 和 扰 动影 响 的规 律 ， 对 于巷 道群 相邻 巷道 施工 时 间滞 后 或 超 前 4个 月 以上 ， 巷 道 两侧避 免 同时掘 巷 。 4 为 了控 制 底 臌 量 ， 除 了应 将 底 板 积 水 及 时 排 出外 ， 还应 增加 防治 底鼓 的技 术措施 ， 如 在两 帮墙 角 底 板上 0 ． 2 ～0 ． 3 m 处施 工 帮脚 锚 杆 俯 角 3 0 。 ～ 4 5 。 ， 以便防止底鼓和两帮的挤出。 参考文献 [ 1 ] 郭 洪文． 深部巷道大松动 围岩位移分 析及运用 [ M] ． 徐 州 中 国矿业 大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． 下转 第 3 4页 34 采矿 枝 朱 mm 厚挤 塑 聚苯板 保温 隔热 ， 外墙 烧结 多孔 砖 聚苯 颗粒 保温 沙浆 ， 墙 体类 型为 粘土 多孑 L 砖 墙体 。楼 板 为 现浇钢 筋混 凝土 楼板 2 0 mm 厚水 泥 珍珠 岩保 温 砂 浆 。凡作 节能 设 计 部位 的外 门均 宜 采用 中空 玻 璃 及具 有保 温隔 热 的外 门 ， 外 窗 均 为 普 通 铝 合金 框 配 5 mm6 mm5 mm 厚 中空玻璃 。 5 总 图方 面 。矿 山总 图布 置充 分 考虑 采 选工 艺 要求 与地 形条件 ， 尽 可能 集 中布置 ， 使物 流走 向合 理 ， 力 求缩 短物料 运 输 距 离 和 提 升 高 度 ， 节 约 能耗 ， 充分利 用 地形 ， 减 少 工程量 。 6 通 风方 面 。通 风 采用 节 能 风机 ， 主 扇 选 用 高效节能的轴流式风机 ， 有反风性能， 可减少主扇反 风道 的漏 损能 耗 。合 理 地 确定 风量 和风 压 ， 使 计 算 数 值与 风 机 实 际 运 行 的 风 量 、 风 压 值 偏 差 控 制 在 1 O 以内 ， 这 样能使 风 机与通 风 网络 匹配 ， 在高 效 区 运行 。在 计算 矿井 通 风 风 量 和 风 阻 时 ， 充 分 考 虑 自 然 风压 的影 响 ， 保 证 所 选 的风 机 既 能 满 足通 风 容 易 和 困难 时期 的要求 ， 又 能保持 较 高 的运 行效 率 。 7 排 水方 面 。坑 内排水 采用 高 中段近 地 表截 流地表 渗透 水方 式 ， 避 免反 向提 升 ， 节 省 能耗 。选择 高效 节能 的排水 泵 和 电 机 ， 并 合理 地 选 择 管 路 截 面 和流 速 ， 选 用 内表 面光 滑 的管 道 ， 减 少 摩 擦损 失 ， 合 理 布置管道 走 向 ， 尽 量减少 弯 头数 量 ， 这 些都 能大 大 提高系统效率 ， 减少电耗 。 8 坑 内运 输 方 面 。坑 下采 用 采 场溜 井 ， 利 用 重 力将矿 石直 接下 放 到 主 运输 水 平 ， 再 采 用 重 车 下 坡 运输方 式 ， 能节 省大量 电力 消耗 。 9 选 矿方 面 。改原有 三段 一 闭 路 洗 矿 的工 艺流程为两段流程， 更换原有设备， 采用高效、 可靠 、 节能设备。优 点有 流程简单 ， 装机功率低， 有利 于 节能 ； 设备性能先进， 保障率高 ， 备品备件消耗低 ； 自 动化 程度高 ， 人 工成本 低 ， 使 用 年 限较 长 。选 厂靠 近 采矿 工业场 地 ， 缩 短 了运 输 距 离 ， 节 省 了基建 投 资 ， 上 接第 1 4页 E 2 3 谢和平 ， 彭苏萍， 何满潮． 深部开采基础理论与工程实 践[ M] 北京 科学出版社 ， 2 0 0 6 ． E 3 ] 苏雪贵． 悬移支架 工作面 采动对巷道 支护影 响规律研究 [ J ] 太原理工大学学报 ， 2 0 1 1 1 ． E 4 ] 杨永康． 大厚度泥岩顶板 煤巷破坏机 制及控制 对策研究 [ J ] 岩石力学与工程学报 ， 2 0 1 1 1 ． E 5 3 康天合． 薄层状破碎顶板 综采切 眼锚 固参数 与锚 固效 果[ J ] 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 4 S 4 ． 降低 了运输生 产 成 本 。其 布 置 充分 利 用 地 形 高差 ， 既减少 了 土石方 工程量 ， 又 降低 了物料 的提 升能耗 。 1 0 节能 管理方 面 。整个 矿 山是 一个 体 系 ， 科 学 的管 理体 系对 节 约能源 至关重 要 。在管理 体 系里 形成 矿 、 车间 、 班 组节 能管 理 网 ， 贯彻 国家节 能制 度 ， 组织 实施 节能措 施 ， 建立 能耗分 析制 度 ， 强 化节 能管 理基础工作 ， 积极宣传 节能 的方针 、 政 策和节能知 识 ， 提 高员 工 的节能 意识 。 3 结 语 桃 江锰 矿 在 技改 扩 建 工程 中 ， 贯 彻 落实 科 学发 展 观 ， 坚 持走 矿 山可持 续发 展道路 ， 从 工艺 、 技 术 、 设 备 方 面实 现节 能 突 破 ， 加 强 节 能 管 理 ， 避 免无 效 能 耗 。本文 分析 了桃 江 锰矿 开 采 和 选 矿现 状 后 ， 从 采 矿方法 、 供 电 、 供 气 、 建 筑 设 施 、 总 图 运 输 、 通 风 、 排 水 、 选 矿工 艺等方 面 提 出了相应 的节 能措施 ， 对其 他 的矿山具有很好的借鉴意义。 参 考 文 献 [ 1 ] 王或． 金钼股份矿 山采选 1 艺节能减排技 术探讨[ J ] ． 采矿 技术， 2 0 1 0 ， 1 0 3 1 3 4 1 3 6 ． E 2 3 王荣祥， 任效 乾． 矿 山企业 节能 减排 的主要 途径 [ J ] ． 现 代矿 业 ， 2 O 1 0， 1 0 1 0 1 1 - 1 3 ． [ 3 ] 俞锡明 ， 孟农 灿， 楼海高． 平铜 集团节能减 排与矿 山和谐发展 的实践[ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 8 ， 8 3 8 8 9 0 ． E 4 3 田新池 ， 龚航 虚． 冶金矿 山采矿工序节能的若 干途径[ J ] ． 冶金 矿山设计与建设 ， 1 9 9 4 3 7 1 1 ． [ 5 ] 赵艳伟 ． 戴晓江． 地下矿 山压缩空气系统节能探讨E J 3 ． 云南 冶 金 ， 2 0 0 6 ， 3 5 5 3 - 5 ． E 6 3 刘瑞国 ， 彭延生 ， 陈艳． 变频调速技术 在矿 山空气压缩机 中 的应用[ J ] ． 煤矿机 电， 2 0 0 5 1 6 卜6 3 ． [ 7 1 文丽松． P I c和变频器在矿山空 气压缩机 改造 中的应 用E J ] ． 采矿技 术， 2 0 0 8 ， 8 5 7 0 1 0 3 ． 收稿 日期 2 0 1 3 O 1 0 9 作者 简介 杜奇中 1 9 6 7 一 ， 男 ， 湖 南娄底人 ， 采矿工程 师， 主 要从事采矿技术研 究、 生产管理等方面工作。 E 6 1 郝进海． 巨厚薄层状顶板 回采巷道 围岩 裂隙演化规 律的相似 模拟试验研究[ J ] ． 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 4 1 9 ． E 7 ] 张克春 ， 李刚． 软岩巷道变形规律 的数值模拟研究[ J ] ． 矿 业 研究与开发 ， 2 0 0 9 ， 2 9 3 1 5 - 1 6 ， 2 3 ． 收 稿 日期 2 O 1 2 1 2 2 1 作者简介 蒋孝海 1 9 8 5 一 ， 男， 河南信阳人 ， 工程 师 ， 主要 从 事露天 中深孔 台阶 爆破 研 究， E ma i 1 d a h a i 7 3 1 1 8 8 6 6 1 6 3 ． t o m