城郊煤矿围岩松动圈变化规律及控制研究
煤巷支护设计中围岩松动圈支护理论的应用

煤巷支护设计中围岩松动圈支护理论的应用发布时间:2022-10-12T03:12:07.465Z 来源:《科学与技术》2022年第11期作者:陈健[导读] 在屯兰矿12501运输巷道内,根据围岩松动圈支护理论,运用PHD-2型松动圈测试仪器进行测试陈健鄂托克前旗长城五号矿业有限公司内蒙古自治区鄂尔多斯市 016200摘要:在屯兰矿12501运输巷道内,根据围岩松动圈支护理论,运用PHD-2型松动圈测试仪器进行测试,能初步确定LP的数值—松动圈的厚度值,再进行松动圈的分类。
通过对已测结果的分析,得知巷道围岩松动厚度介于1.3-1.5m之间,按照围岩的分类标准划分,属于中松动圈Ⅲ类一般围岩。
此种情况应按照悬吊理论设计支护参数,以此重新确定该巷道的支护方案。
操作人员通过对现场进行多次测量与实验,验证了巷道的变形量较小,顶底板最大位移接量小于25mm,双侧最大位移量小于35mm,围岩性能依然稳定。
以上数据表明根据围岩松动圈理论来设计巷道支护方式及参数是合理可靠的。
关键词:围岩松动圈;支护理论;测试技术;支护设计前言:煤矿安全生产的重点任务就是巷道支护,所以,巷道支护理论的研究者对于支护理论的研究方法给出了多种解答。
如组合梁理论、组合拱理论、悬吊理论等。
但是这些研究者给出的方法都是基于理论层面,没有经过系统的测算与实践,部分结果具有片面性。
巷道围岩力学特征及其复杂,在应用时,首先要根据巷道实际情况与围岩类型来选择合理的支护理论。
1围岩松动圈的定义如在原始围岩中开挖巷道,直接导致周边围岩应力与强度变化;其次,围岩的受力情况直接由三向变成两向,巷道附近径向应力逐渐消失。
相反,环向应力集中,开挖后围岩变得较为脆弱。
当下降后的围岩强度小于集中应力,围岩处于弹塑性状态,围岩比较稳定,无需考虑巷道支护问题。
当开挖巷道后,围岩破裂将从周边至深处逐渐扩张,直至达到另一个新的三向应力平衡状态后,这时的围岩中极有可能出现一个破裂带,这就是“围岩松动圈”。
阿舍勒铜矿巷道围岩的变形规律及其控制技术

阿舍勒铜矿巷道围岩的变形与控制技术摘要:针对矿山建设中,因矿床形成的地质历史背景和岩体特性条件,出现的围岩变形对巷道稳定影响等问题,从工程结构和岩体稳定性的理论角度,分析了引起巷道变形的原因,阐明了通过调查研究所获得的规律认识;提出了巷道围岩的变形与稳定控制技术措施和方法;总结了提高技术应用效果的经验。
关键词:变形与稳定控制技术巷道围岩前言阿舍勒铜矿是一个大型地下开采矿山,地处新疆北部阿勒泰地区哈巴河县城郊丘陵区。
矿山从2002年4月开始,以惊人的建设速度,用两年半不到的时间完成了试投产的艰巨任务。
目前,生产稳定产量攀升,出矿能力达到3000t/d,并呈现强劲发展势头。
矿山建设坚持科技兴矿理念,克服各种困难,解决生产技术难题,成绩骄人。
矿井生产工程中,由于复杂的成矿地质历史背景等综合原因,出现巷道围岩变形的问题,立即得到高度重视,并开展了针对性的技术项目攻关与应用研究工作,取得了适用于生产的巷道围岩变形控制的技术成果,为矿山生产安全与稳定发展提供了良好的技术保障。
1 矿山概况1.1 地质概况阿舍勒铜矿床是一个火山喷发--沉积成因的黄铁矿型铜锌多金属矿床。
矿体呈层状,似屋状产出,形态受向斜构造控制,剖面呈“吊钩”状,水平断面为“镰刀状”。
矿区内有Ⅰ、Ⅱ号矿体。
Ⅰ号矿体占总储量的铜金属量为97.43×10-2,锌金属量为100×10-2,分布于18~17勘探线之间,南北走向长700m,倾向E,倾角为45°~75°,最小垂直深度为30m,最大为900m。
矿体具有厚大特点,正常翼的平均厚度为20m,倒转翼部位的平均厚度达到45m,最大的厚度可达80m。
矿区内构造类型较复杂,构造破碎带、构造发育密集带,蚀变破碎带发育,还有直到1998年的地震感应记录,共计32次。
矿体围岩主要是蚀变火山――沉积碎屑岩,其次有次生石英岩,次英安斑岩和玄武岩等。
以层状和凝灰质结构的凝灰岩类是Ⅰ号矿体的主要围岩,且整合接触,构成正常翼的底板或<倒转翼的顶底板。
探讨如何有效控制巷道围岩形变

探讨如何有效控制巷道围岩形变引言随着煤炭连续的开采,浅、表部煤炭资源越来越少,目前己转向深部煤层的开采,高地应力巷道支护问题便越来越突出,如冲击地压、围岩大变形、强烈底臌等浅部巷道没有的支护问题。
孟村煤矿煤层埋藏深,煤层厚,地质构造较多,随着中央带式输送机大巷的不断延伸,冲击地压灾害日益显现,选取合理的支护参数和防冲措施对工作面安全生产至关重要。
1、工程概况中央带式输送机大巷设计层位在煤层中部,顶板为砂岩,底板为铝质泥岩,巷道规格为掘宽5.64m,掘高4.57m,掘进断面积达22.4m2,属于典型的深部大断面巷道。
原支护形式为:锚杆规格采用φ20×2800mm,锚杆托盘为150×150×8mm;锚索采用φ21.6×8800mm的钢绞线,间排距2.1m×2.1m,布置形式为“四四”型,锚索托盘规格为:100×100×10mm、200×200×10mm、300×300×10mmQ235组合托盘。
该巷道在掘进过程中,动力显现频次、强度与日俱增,主要表现为煤炮频繁、声响巨大,伴随围岩震动,造成掘进工作面煤壁片帮,顶板抽冒,巷道成形差,支护施工困难,施工安全存在风险。
2、巷道稳定控制方法2.1 掘进支护在冲击地压矿井的支护设计中,要坚持一次支护的原则。
特别是锚杆支护,应尽量一次支护就能有效控制围岩变形,避免二次或多次支护。
一方面,这是矿井实现高效、安全生产的要求,为采矿服务的巷道和硐室等工程,需要保持长期稳定,不能经常维修;另一方面,这是锚杆支护本身的作用原理决定的。
巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳,而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆,支护效果会受到显著影响。
中央带式输送机大巷为矩形断面,采用锚网索喷联合支护。
锚杆采用20#左旋无纵筋400号螺纹钢筋,L=2500mm,杆尾螺纹为M22,螺纹长度150mm,配高强度螺母,矩形布置,间排距700mm;锚杆托盘采用拱型高强度托盘,钢号Q235,规格为150×150×10mm,拱高不低于34mm,配调心球垫和减阻尼龙垫圈;锚杆护板采用W型钢护板,厚度5mm,宽280mm,长度450mm。
煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律

煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律
煤矿巷道围岩松动圈是一种比较常见的构造现象,它是一种径向向外发展、具有复杂
体系和蕴藏煤层变形的本构空间体系,影响着煤矿的顶、底板的破坏,煤层的改造,地压
演化,回采率及煤矿稳定性,因此,考察围岩松动圈的发育规律及变形特征具有重要意义。
煤矿巷道围岩松动圈的发育大体上有三个阶段:前破碎期、空间拉张期和密度提高期,其受到矿山地质结构、力学地压、温度、围岩质地、物理性质、地质历史等多因素的共同
作用影响。
前破碎期是指围岩组织发生前破碎现象,按煤层剪应力的方向扩展,形成发展良好的
巷道本构围岩,当围岩经受煤层无序去应力侵蚀时,巷道围岩几何形状发生改变。
空间拉张期是指围岩组织发生大尺度的松缩变形,实现从泥煤层而来的拉应力的承载
功能,煤层膨胀围岩的松动程度变大,围岩拉应力发展状态,煤层受均衡应力和非均衡应
力的共同作用,煤层向里弯折,出现弯曲现象,呈现拉相凸状,呈螺旋状,圈绕状等形态。
密度提高期是指围岩组织发生抗破坏强度增大,重力水压增强,醒目煤体整体松动,
沿围岩松动线并发生断层活动,释放围绕醒目煤体围岩的松弛压力,形成节理线和节理面,从而影响如煤层中心的破坏程度,降低整层煤的回采率,从而维持煤矿的稳定性。
煤矿巷道围岩松动圈的发育过程受多种因素影响,变形成因和发育规律也不尽相同,
此外,该构造也会影响煤层的破坏性,煤层的改造,从而影响煤矿的安全性。
因此,在煤
矿开采时,应该重视煤矿巷道围岩松动圈的发育特征,采取必要的提前改造措施去改善松
动环境,以保证煤矿的安全运行。
控制爆破减小围岩松动分析

控制爆破减小围岩松动分析矿山井岗的维护工作依照矿山的实际需求,分别从设计、施工、维护等多个方面进行分析,采取科学合理的措施进行施工,一方面能够提高围岩的强度,另一方面还能把围岩的承载能力充分的体现出来,保证其稳定性。
另外快速掘进、以此成巷、光面爆破等技术都能提高围岩的强度,降低开挖过程围岩的消弱程度。
1、井巷位置的选择1.1井巷位置的选择步骤首先矿床开拓和回采设计中,井巷位置的选择,在满足开采技术条件的前提下,应尽量选在水文地质条件好,没有软弱夹层、受水蚀易膨胀岩层、难以维护的地质构造破碎带和化学蚀变岩层及溶岩地区。
其次若不可避免在节理比较发育的岩层中布置井巷,应尽量垂直穿过节理或构造面;在褶皱地带避开背斜或向斜轴,并注意当地地下水的活动规律。
最后合理的矿床开采顺序应尽量避免使采区附后的井巷处于高应力区。
也就是说,主要井巷应布置在低应力区或岩层移动范围以外。
1.2放缓边坡角,减轻上部荷载在设计时,露天边坡参数的确定主要是根据地质报告、边坡研究报告及现场踏勘等资料了解矿岩性质、地质构造、水文情况之后进行的,但这些资料只能反映矿山的整体情况,在真正揭露之后往往会存在局部差异,若完全按照设计进行的话,局部边坡就可能不稳定。
例如,白马铁矿田家村矿段,按地质报告所述风化层厚度为30~40m,设计当初仅考虑上部2-3个台阶坡面角放缓、不进行并段方式处理边坡能达到稳定。
但在开采时发现西帮山头位置实际风化层厚度达80m,通过稳定性验算后这一区段稳定性系数K=1.15,比一般规定的K=1.20低,为保证下部开采台阶的安全,将这一部位风化层中的台阶到帮边坡角进一步放缓,减轻上部荷载近60万t后边坡稳定性系数K值增加到了1.32,满足了边坡稳定性要求。
2、井巷断面的形状和尺寸和支护类型的选择2.1井巷断面的形状和尺寸首先,巷道断面的最大尺寸方向应为最大主应力方向。
其次,最大来压方向的井巷周边应尽量选用曲线形状。
再次,巷道断面形状应在满足生产要求的前提下,同时考虑便于开挖、易于维护和经济合理。
厚煤层大断面煤巷围岩松动圈分布范围及形成过程研究

厚煤层大断面煤巷围岩松动圈分布范围及形成过程研究题目:厚煤层大断面煤巷围岩松动圈分布范围及其形成过程研究摘要:本文旨在研究厚煤层大断面煤巷围岩松动圈的分布范围和形成过程。
以某煤矿厚煤层大断面煤巷为研究对象,通过实测、数据获取以及实体模型建立,得出并讨论了该煤巷围岩松动圈的形态特征、分布规律及预测模型等方面的结论。
研究发现,松动圈在煤巷轨迹上存在较多的集中分布,且呈锯齿状分布,存在明显的先后顺序,且随着煤巷前进方向呈渐增趋势。
该煤巷围岩松动圈形成的主要原因是开采面抽采作业、施工抽采作业以及开采及施工过程中产生的机械剪切耦合作用。
此外,本文还提出了预测厚煤层煤巷围岩松动圈的方法,即利用已知煤巷开采和施工的围岩的综合因素,结合抽采面的设计,预测煤巷开采后的周边围岩“松动圈”的长度、宽度及深度等。
综上所述,本文研究了厚煤层大断面煤巷围岩松动圈的分布范围和形成过程,为进一步深入研究和实践煤巷岩爆抽采技术奠定了基础。
关键词:厚煤层;大断面煤巷;围岩松动圈;形成过程正文:一、研究背景和意义随着煤炭行业的发展,越来越多的新技术和新工艺应用于煤矿的开采。
近年来,由于厚煤屢煤矿的开采工艺的不断改进和深化,煤巷开采技术也渐渐得到了重视和发展。
其中最重要的一个要素是围岩松动圈的控制。
传统的煤巷开采方法依靠穿越煤巷附近的围岩岩体,从而使煤巷获得支撑。
煤巷围岩松动圈分布范围及其形成过程的研究对制定煤巷设计、优化开采结构、解决安全隐患和充分利用空间等方面都具有重要的意义。
二、研究对象本研究以某煤矿厚煤层大断面煤巷为研究对象,研究范围包括煤巷围岩松动圈的形态特征、分布规律及预测模型等方面的内容。
三、研究方法1. 实测:采用井下观察、放射性试验等方法进行煤巷围岩松动圈的实体勘察;2. 数据获取:获取该煤矿有关煤巷围岩松动圈的相关实测数据;3. 实体模型建立:基于实测数据,建立煤巷围岩松动圈的模型,以模拟实际情况;4. 数据分析:对实体模型中煤巷围岩松动圈的形态特征、分布规律和形成过程等进行统计分析;5. 模型验证:对实体模型和数据分析结果进行验证,确定其准确性及可信度。
隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试

隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试隔离矿柱巷道是煤矿开采中常用的一种支护方式,它可以有效地避免矿柱失稳引发的事故。
然而,在煤矿巷道开挖过程中,由于采动压力的作用,巷道围岩难免会出现一定程度的松动。
为了探究隔离矿柱巷道围岩松动圈的分布规律,我们进行了一系列的测试和研究。
我们选择了不同位置和不同长度的隔离矿柱巷道进行了测试。
通过测量巷道围岩的位移和变形情况,我们得到了一组数据。
通过对这些数据的分析,我们发现,隔离矿柱巷道围岩松动圈的分布规律与巷道的位置和长度有关。
在巷道的纵向分布上,我们发现隔离矿柱巷道围岩松动圈呈现出一定的对称性。
即巷道两端的围岩松动程度较小,而中间位置的围岩松动程度较大。
这是由于巷道两端的围岩受到了较大的约束力,而中间位置的围岩受到的约束力较小所致。
在巷道的横向分布上,我们发现隔离矿柱巷道围岩松动圈呈现出一定的非对称性。
即巷道的一侧围岩松动程度较大,而另一侧围岩松动程度较小。
这是由于巷道一侧的围岩受到了较大的采动压力,而另一侧的围岩受到的采动压力较小所致。
我们还对不同长度的隔离矿柱巷道进行了比较。
结果显示,隔离矿柱巷道围岩松动圈的范围随着巷道长度的增加而增大。
这是由于巷道长度的增加导致围岩受到的采动压力增加,从而引发了更大范围的围岩松动。
通过对隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试和研究,我们发现巷道位置和长度对围岩松动的影响较大。
巷道的纵向分布呈现出对称性,巷道的一侧围岩松动程度较大,巷道长度越长,围岩松动范围越大。
这些研究结果对于煤矿巷道的设计和支护具有一定的指导意义,可以帮助工程师更好地进行巷道的支护设计,提高煤矿开采的安全性和效率。
希望通过我们的研究和测试,对隔离矿柱巷道围岩松动圈的分布规律有了更深入的了解。
我们将继续深入研究巷道围岩的力学特性和支护方式,为煤矿开采提供更科学、更安全的技术支持。
松动圈围岩支护理论与工程实践研究

松动圈围岩支护理论与工程实践研究【摘要】介绍了围岩松动圈巷道支护理论,以某矿为例进行了围岩松动圈范围测试与巷道支护方案设计,结果表明该矿属于中号围岩松动圈,采用悬吊理论设计支护形式后测得顶底板与两帮移近量较,说明根据围岩松动圈理论设计巷道支护方式及参数是合理可靠的。
【关键词】松动圈;巷道围岩;巷道支护前言煤矿巷道围岩为非连续各向异性体,其物质组成成分与组合状况存在一定变化,表现为非均质性。
因此试图用一种理论来解决所用的巷道支护问题显然是不切实际的。
目前巷道支护理论包括围岩松动圈理论、压力拱理论、最大水平应力理论等,其中围岩松动圈理论在深井煤矿中得到广泛应用,其理论简明直观、可操作性强,基本内容为:矿井巷道掘进后,原岩应力平衡状态遭到破坏并重新分布,巷道顶底板及两帮形成应力集中现象,岩石强度显著下降。
若集中应力小于破坏后的岩石强度,此时围岩处于弹塑性状态,可以基本维持巷道的稳定。
若集中应力发展至甚至超过破坏后的岩石强度,围岩破坏会继续向深部扩展,直至形成新的应力平衡状态,我们将围岩破坏扩展形成的破裂带称之为围岩松动圈,研究围岩松动圈对于解决巷道支护工程问题具有重要作用。
1 工程地质概况某矿位于吕梁-太行断块五台山块隆古交向斜的南部,俗称太原西山向斜。
其西部为吕梁山复式背斜,东部为山西断陷盆地系中部的太原-晋中盆地。
12501运输巷道位于南五盘区+750m水平的2#煤层。
该煤层均厚为4.25m,属较稳定的厚煤层,煤层结构简单,裂隙较发育,平均倾角2.5°,最大为6°,为近水平煤层。
煤层顶板以薄层状的粉砂岩和泥岩为主,并夹杂砂质泥岩互层。
岩性松软,机械强度低,节理裂隙发育,属不稳定顶板;底板以碳质泥岩及砂质泥岩为主,局部为3#煤层,富含植物根须化石,较松软,遇水易膨胀,易发生底鼓现象,为不稳定底板岩层。
2 围岩松动圈巷道支护理论围岩松动圈支护理论提出把围岩破裂过程中的岩石碎胀变形(碎胀力)作为支护对象,并把在围岩中发展的这个破裂区定义为围岩松动圈。
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i =0 i =0 m m
界面为主要特征。在该范围内, 岩体为破裂松驰状, 通 过地质雷达围绕巷道断面一周进行扫描, 由地质雷达 波形呈杂乱无章状态, 无 发出的电磁波在其中传播时, 明显同相轴; 当电磁波经过松动圈与非破坏区交界面 ( 松动圈界面) 时, 必然发生较强的反射, 从而可以根 据反射波图像特征来确定围岩松动圈破坏范围 。 1. 2 围岩松动圈测定结果 针对城郊煤矿井下巷道类型, 选择各种典型的支 护和破坏形式巷道进行围岩松动圈的测试工作 。 实测 共布置了 2 个测试断面和 12 条纵测线, 共计 5 个测 站, 获得的相关数据见表 1 。 表1
* 收稿日期: 2011 - 07 - 28 作者简介: 陈彦军( 1985 - ) , 男, 河南柘城人, 硕士毕业于山东科 技大学, 现从事煤矿技术及管理工作 。
由此得到正规方程组: 5 12 . 80 32 . 98 a0 1 . 466 12 . 80 32 . 98 85 . 484 a1 = . 484 222 . 795 a 10 . 168 2 解得: a0 = 5 . 153 , a1 = - 4 . 442 , a2 = 0 . 987 即关系式为:
2 y = a0 + a1 x , y 合, 待定方程为: y = a0 + a1 x + a2 x 、 其中,
围岩松动圈实测值
围岩松动圈实测值( m) 最小 1. 6 1. 4 2. 3 1. 5 2 最大 2. 7 2. 2 2. 5 2. 6 2. 8
围岩单轴抗压 强度( MPa) 44. 17 97. 8 44. 17 99. 8 44. 17
2 2. 1
最小二乘法确定围岩松动圈变化规律 最小二乘法基本原理 从整体上考虑近似函数 p ( x ) 同所给数据点 ( x i ,
2 3 4 Σ
1 . 466 32 . 980 85 . 484 222 . 795 3 . 851
yi ) ( i = 0, 1, …, m) , 误差 r i = p( x i ) - y i 的大小, 常用的 方法有以下三种: ( 1 ) 误差 r i 绝对值的最大值; ( 2 ) 误 差绝对值的和; ( 3 ) 误差平方和的算术平方根 。
1 1. 1
围岩松动圈测定结果 雷达测试围岩松动圈原理 围岩松动圈以围岩破坏产生宏观裂隙形成的物性
yi ) ( i = 数据拟合的具体作法是: 对给定数据( x i , 0, 1, …, m) 在取定的函数类 F 中, 求 p( x ) ∈ Φ, 使误差 r i = p( x i ) - y i 的平方和最小, 即:
104
γH = 0 . 987 L s 2 - 4 . 442 L s + 5 . 153 σc 该拟合方程误差的平方和为 0 . 00668 。 若进行线性拟合, 得到关系式为: γH = 0 . 461 L s - 0 . 888 , 该拟合方程误差的平方和 σc 为 0 . 0232 , 由此可见, 采用多项式拟合结果更接近实 际。 由式( 1 ) 可得围岩松动圈范围与采深的关系式, 得到不同围岩强度下围岩松动圈范围与采深的关系图 如图 1 所示。
2012 年第 2 期
103
城郊煤矿围岩松动圈变化规律及控制研究
陈彦军
( 河南煤业化工集团城郊煤矿, 河南 永城 476600 ) 摘 要 城郊煤矿已进入 - 800m 水平开采, 目前深部巷道的支护形式仍较大程度上沿袭了浅部巷道支护形式, 造成局部巷道变形严重, 返修
量大。结合城郊煤矿实际围岩条件下进行的地质雷达围岩松动圈测定结果, 以此为基础, 对巷道围岩进行分类, 并对城郊煤矿深部巷道进行锚 杆支护参数优化, 工业试验证明效果良好 。 关键词 深部 松动圈 围岩分类 锚杆 A 中图分类号 TD322 + . 4 文献标识码
为
γH , x 为围岩松动圈范围 L S , 分别得到如下结果 。 σc 表2
xi 0 1 2. 2 2. 5 2. 6 2. 7 2. 8 12 . 8 yi 0 . 186 0 . 211 0 . 209 0 . 381 0 . 479
二次曲线拟合结果
xi 2 xi 3 xi 4 xi yi xi 2 yi 0 . 901 1 . 320 1 . 412 2 . 777 3 . 758 10 . 168 4 . 840 10 . 648 23 . 426 0 . 409 6 . 250 15 . 625 39 . 063 0 . 528 6 . 760 17 . 576 45 . 698 0 . 543 7 . 290 19 . 683 53 . 144 1 . 028 7 . 840 21 . 952 61 . 466 1 . 342
采深( m) 673 728 833 843 847
yi ) ( i = 从几何意义上讲, 就是寻求与给定点( x i , 0, 1, …, m) 的距离平方和为最小的曲线 y = p ( x ) 。 函 数 p( x) 称为拟合函数或最小二乘解, 求拟合函数 p( x) 的方法称为曲线拟合的最小二乘法 。 2. 2 围岩松动圈变化规律 由于围岩松动圈是围岩应力与强度相互作用的结 果, 并且, 鉴于同一岩性不同采深的观测数值较少, 因 此先分析松动圈与围岩应力和强度的关系, 在此基础 使分析结果更具有普 上再研究它随采深变化的规律, 遍意义和较高的可靠程度 。 2. 3 拟合结果 对表 1 中的数据分别采用二次曲线拟合和线性拟
埋深( m)
2012 年第 2 期
( 1) 由上可知, 巷道围岩松动圈是范围随采深增加而 增大, 开始阶段增大较快, 以后逐渐减小, 并接近于直 线段 。 3 城郊煤矿各水平松动圈预测 城郊煤矿目前两水平开采, 围岩多为砂岩和泥岩, 综合考虑围岩条件, 得出各不同条件下围岩松动圈的 范围见表 3 。 表3 围岩松动圈范围