特殊巷道掘进与支护研究.doc

特殊巷道掘进与支护研究 班级：采矿10-1 姓名：周小鹏 学号：42 摘要：从提高煤炭资源采出率的角度，对开挖变形的巷道、大采高工作面超高巷道、倾斜煤层回采巷道进行实例分析及初步研究，深度探讨特殊巷道掘进与支护的解决方案。最后对支护效果进行了模拟,并以此为依据对支护参数设计提出了优化建议。 关键词：采矿巷道；大采高；超高巷道; 倾斜煤层;侧压；变形机理；变形监测;支护效果掘进；支护技术 采矿巷道的开挖变形及支护效果研究 研究区工程地质概况 　　拟研究开采区矿体的矿石以原生磁铁矿为主,绝大多数为致密块状,矿石坚硬,强度高。矿体顶板围岩主要为大理岩,层状构造,岩石强度中等,层间粘聚力较高。断裂构造不甚发育,总体上看顶板围岩属于稳定区。矿体底板围岩主要为蚀变闪长岩,岩体结构以块状结构为主,次为破碎结构,局部散体结构,少量接触带中破碎蚀变强烈部位属于不稳定区,其他部位为较稳定区。 2　巷道围岩变形机理数值模拟 模型岩层划分巷道所处实际层位一致。视各岩层为均质、各向同性,且不考虑围岩和岩层中的结构面、裂隙和软弱夹层对强度的影响。首先模拟巷道围岩在自重应力下的静力稳定性,然后在此条件下开挖巷道。在模型中首先考虑构建与支护中的喷砼厚度相同的一层岩体,然后构建需要开挖的岩体,以及外部岩体。 　　对水平巷道进行开挖不支护模拟,主要是了解水平巷道在开挖后围岩应力应变调整状况,模拟结果包括位移、主应力云图,剪应力、塑性区分布图。结果表明,整个硐室开挖完毕后,围岩在初始地应力场作用下向开挖临空面方向移动,产生不均衡变形,改变了应力场的空间分布特征,在一些应力集中区域,会出现围岩的破坏现象。硐室开挖后,围岩主应力方向发生了明显的偏转,在二次应力场中,总体上表现为最大主应力与开挖临空面平行(边墙部位)或相切(顶拱部位),最小主应力与临空面近于垂直(边墙部位)或正交(顶拱部位),各主应力的量值也发生了较大的改变。硐室开挖过程中,硐室周边浅部围岩中出现了厚度不等的塑性破坏区,比较而言,以拱顶部位和底板和墙角处塑性破坏较为严重。这些部位常常也是最大、最小主应力集中区。在拱顶和底板都是以张拉性破坏为主,而在边墙中部和边墙角都以剪切性破坏为主。水平巷道破坏区的破坏范围在4~6 m范围内。通过对巷道变形模拟结果的分析,得出以下初步结论:计算模拟过程为瞬时卸载,模型在每步开挖计算时,开挖部分的应力为瞬间释放,深度越大处应力释放导致的塑性变形越大,模拟开挖完成后,围岩将向开挖临空面发生回弹变形,总体上表现为向洞内收敛.在无支护措施的情况下,开挖完后围岩的最大位移可达-9. 6 mm。最大位移为发生在拱顶位置的沉降。 3　巷道变形监测与分析 通过对巷道位移模拟结果的分析以及将模拟结果与实测结果的比较,可以得出以下初步结论:水平巷道的模拟结果显示最大垂向位移与实测最大位移8. 3 mm接近,说明应力释放程度的把握较为接近实际情况。实际监测断面与模拟监测点的位移都增长非常接近于线性,反映开挖卸载比较连续,底板中部相对拱顶的z向位移更易于趋向稳定。上盘巷道总体稳定性较好,出现大规模垮塌的可能性不大。 大采高工作面超高巷道掘进支护技术 随着近年来开采技术不断发展,以及资源开采要求的不断提高,煤炭资源采出率越来越得到重视,而原使用的开采装备最大回采高度只有5.5m,加之初采、末采,以及工作面两端过渡段丢煤,工作面的平均采高在5.2m左右,工作面采出率只有75%,和国家规定厚煤层采出率93%还有很大差距。为了提高资源采出率,寺河矿进行了多次技术改进,在工作面巷道布置形式上积极试验无煤柱开采,回采巷道加宽为3.8m,其中6.2m支架在2307面的应用已创造了煤矿最大采高记录,使工作面采出率提高到90%以上,如果今后回采巷道加高到5.5m,工作面采出率将突破95%,采区的。 1　技术分析及论证 受采掘设备能力限制,寺河矿首采面回采平均高度只有4.5m左右,到2302面采高首次提高到5.5m,带来巨大的经济效益。连掘工艺应用成熟后,巷道掘进更显灵活,不再局限连采机3.7m最大截割高度,连掘机截割高度为5.1m,掘进高度4.5~5m巷道是可以实现的。在掘进2307面回风巷23061, 23065巷时,由于煤体破碎,巷道顶煤留不住,形成了自然超高巷道,巷高超过6m,掘进长度300多米,配备的锚杆锚索机最大支护高度为6m。对该段超高巷道进行了支护,经过近2个月的现场观测,巷道变形量符合质量标准化规定要求。巷道加高后带来主要问题为巷道的锚杆支护和工作面超前支护。 1·1　巷道支护 巷道加高成5.0m后,巷道顶煤还剩余1~1.2m,伪顶平均厚度为0.3m,直接顶为6.75m,基本顶为4.7m,顶板距稳定的直接顶和基本顶距离减少1.5m,顶板的支护材料长度可适当缩短,而支护的重点由顶板转为两帮,两