马兰矿大断面准备巷道围岩破坏与支护分析.pdf
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1、2023年第3 期江西煤炭科技77马兰矿大断面准备巷道围岩破坏与支护分析高志龙(山西西山煤电股份有限公司马兰矿,山西古交0 3 0 2 0 5)摘要:马兰矿南一下组煤采区准备巷道在掘进期间围岩变形速度快、持续时间长;为更加有效地控制围岩变形破坏,综合运用矿压监测、实地调研、数值模拟等手段进行分析,并拟定了锚网索喷优化支护方案;通过模拟研究原有支护及优化支护条件下塑性区分布、围岩变形特征,预测优化支护方案的围岩控制效果;在集中回风巷新掘段,巷道围岩表面变形量已经大幅下降;该支护方案能够有力保障矿井的生产安全和效率。关键词:厚煤层;大断面巷道;锚网喷;数值模拟中图分类号:TD353Analysis
2、 of Surrounding Rock Failure and Support of Large-section Preparing Roadway in Malan CollieryAbstract:In view of high speed and long duration of surrounding rock deformation in driving period in preparing roadway ofSouth lower group coal mining area of Malan Colliery,the author proposes the optimiza
3、tion support with bolt-mesh-cableshotcreting by means of mining pressure monitoring,field investigation and numerical simulation,whose effects of surroundingrock control can be predicted through simulation study on the plastic zone distribution,surrounding rock deformationcharacteristics under the o
4、riginal and optimization support condition,ensuring the production safety and efficiency of mine.Key words:thick coal seam;large-section roadway;bolt-mesh-cable shotcreting;numerical simulation1工程概况西山煤电集团马兰矿位于古交市,现阶段回采石炭系太原组8#煤层,属稳定可采厚煤层,其结构复杂,中上部含一层稳定夹研,厚度0.0 50.33m,平均厚度0.2 0 m,中下部含一层不稳定夹研,厚度0.0 50
5、.2 0 m。8#煤层厚度3.8 0 4.80m,平均4.43 m,结构1.2 0(0.2 0)3.0 3,普氏硬度2.0。南一下组煤采区(以下简称采区)为8煤层的首采区,走向长为2 0 0 0 3 2 50 m,平均表1顶底板岩岩性特征顶板名称顶底岩性厚度/m灰白色,致密坚硬,成分以石英8.40-1.98为主,分选性差,下部缓波状层老顶S5砂岩粉砂质2.300.00直接顶理发育,局部受古河流冲刷影泥岩0.70直接底粉砂岩1.00老底中细砂岩6.20文献标识码:AGao Zhilong(Malan Colliery,Shanxi Xishan Coal&Electricity Co.,Ltd.
6、,Gujiao,Shanxi 030205)2600m,倾斜长为8 50 2 3 7 5m,平均16 0 0 m,采区面积为4.8 6 km,采区内沿8 煤底板施工一条集中皮带巷、一条集中轨道巷及一条采区集中回风巷,各集中巷间煤柱宽2 0 m,采区内布置一个变电所。煤层顶底板岩性特征如表1所示。2巷道破坏特征该采区的三条准备巷道原设计采用锚网支护,掘巷早期,巷道表面多处出现较明显的变形现象。为保障掘巷阶段的施工安全并为后续支护方案改进提供参考,巷道掘巷阶段设置测站监测围岩性特征岩变形规律11,测站间距为50 m,每间隔5天进行一次现场实测。通过为期18 0 天的测量与记录,整理理发育。顶面局部
7、发育一层厚100015.670.3m的砂质泥岩,普氏硬度6.5。深灰色,含黄铁矿结核,水平层响缺失,普氏硬度5.0 0。灰黑色,块状结构,含植物根茎化石,普氏硬度6.2。灰白色,泥质胶结,成分以长石为主,水平层理发育,下部为条带状。普氏硬度5.9。文章编号:10 0 6-2 57 2 2 0 2 3)0 3-0 0 7 7-0 38006004002000(a)集中回风巷里程3 0 0 m围岩变形曲线:底胶量两桥移近量顶底板移近量2040608010012014016018078江西煤炭科技2023年第3 期d226300mm钢技线800(b)顶板冒顶实况图1巷道围岩现场实况得到巷道表面位移量
8、变化曲线,以集中回风巷里程10 0 m处测点为例,其围岩变形曲线如图1(a)所示,围岩典型破坏实况如图1(b)所示。根据集中回风巷表面变形曲线分析可得,开挖支护后,巷道断面快速收敛变形,前期变形速率较快且持续时间长,顶底板变形持续了约8 0天,两帮变形持续了约50 天;之后围岩变形速率较小,此时两帮移近量已达7 3 0.5mm,底鼓量达410.9mm,顶板下沉量达50 2.4mm,围岩整体变形严重。结合现场调研情况,巷道变形形式主要有顶板下沉甚至冒落、两帮内鼓严重、底鼓严重,尤其是巷交叉点,围岩变形更为剧烈综上可知,现有支护已无法满足采区准备巷道控制围岩变形的要求,巷道过渡变形影响工作环境与正
9、常生产,函需更为合理有效的支护手段。3巷道支护模拟分析3.1支护方案优化采区集中回风巷原支护手段为锚网喷,巷道围岩表现为整体失稳,表面原有支护存在支护强度不足的问题,因此需设计支护强度更高、锚固预紧力更大的方案,原支护方案如图2(a)所示,锚杆规格20mm3000mm,间排距0.8 m,混凝土喷层厚150 mm。优化设计方案如图2(b)所示,锚杆布42004500(b)优化设计方案图2原支护方案及优化方案置方式不变,锚杆预紧力为3 0 0 kN,在锚杆之间布置锚索,间排距1.6 m,长度6.3 m。3.2支护模拟分析应用有限元分析软件FLAC3D分析不同支护方式的围岩控制效果2 ,用以指导工程
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