地下工程课程设计暗斜井碎胀软岩支护设计.docx
《地下工程课程设计暗斜井碎胀软岩支护设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地下工程课程设计暗斜井碎胀软岩支护设计.docx(32页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、土木建筑学院课 程 设 计 说 明 书课程名称: 地 下 工 程 设计题目:煤矿760m暗斜井碎胀软岩支护设计专业(方向):土木工程(岩土工程)班级:08级2班设 计 人: 指导教师: 土木建筑学院2011年 7 月 4 日课程设计任务书专业(方向):土木工程(岩土) 班级: 2008级2班 学 生 姓 名: 学号: 一、 课程设计题目:煤矿-760m暗斜井碎胀软岩支护设计 二、 原始资料: 1、煤矿-760m暗斜井工程概况 2、地质条件 3、巷道破坏状况 三、 设计应解决下列主要问题: 1、巷道破坏机理分析 2、支护方案选择 3、支护参数设计 四、 设计图纸: 1、巷道支护设计断面图 五、命
2、题发出日期: 2011.7.4 设计应完成日期: 2011.7.15 设计指导人(签章): 日期: 年 月 日指导教师对课程设计评语 指导教师(签章): 日期: 年 月 日目 录(小二、黑体)1 原始条件(小三宋体、1.5倍行距) 5 1.1 暗斜井工程概况 51.2 地质条件 5 1.3 围岩状况分析71.4 围岩破坏情况72 巷道破坏机理分析11 2.1岩体自身属性 11 2.2环境因素13 2.3支护结构 203 支护设计 22 3.1支护原则确定 22 3.2支护方案选择23 3.3支护参数计算294结语 32 参考文献321原始条件1.1暗斜井工程概况新河矿暗斜井净断面图某煤矿地面标
3、高+45m。-760水平暗斜井包括轨道、皮带、回风三条暗斜井。其中回风暗斜井全长851.83m,倾角250;轨道暗斜井全长960m,倾角220;胶带暗斜井全长996m,倾角210;-760m水平三条暗斜井设计断面均为直墙半圆拱形,支护方式为锚带网,其中锚杆直径为18mm、长为2m的等强金属螺纹钢锚杆,锚杆间排距为800mm800mm,金属网为直径4.5mm、网孔100mm100mm的冷拔丝焊结而成。三条暗斜井掘进300m左右时,其中回风和轨道暗斜井破坏最为严重,后经修复,目前仍处于不稳定状态。1.2 地质条件-760m水平三条暗斜井均位于坡刘庄保护煤柱内,其中向北邻近一采区,向东北邻近工业广场
4、保护煤柱,当三条暗斜井即回风暗斜井、轨道暗斜井及胶带暗斜分别到达大约-430、-456和-512水平时,将穿越嘉祥支三大断层,该断层倾角300,落差在120m600m之间,预计断层附近断裂构造将较为发育,也有可能伴生其它构造,另外,由于对嘉祥支三大断层勘探资料较少,对断层的赋水性、导水性、断层带的宽度、充填状况、胶结程度等还有待于进一步查明,或者当工程快接近该断层时,用打超前钻孔的办法详细查明断层的赋存状况,以便为采取有针对性的措施提前作好准备。总之,-760m水平三条暗斜井将绝大部某煤矿地面标高+45m。-760水平暗斜井包括轨道、皮带、回风三条暗斜井。其中回风暗斜井全长851.83m,倾角
5、250;轨道暗斜井全长960m,倾角220;胶带暗斜井全长996m,倾角210;-760m水平三条暗斜井设计断面均为直墙半圆拱形,支护方式为锚带网,其中锚杆直径为18mm、长为2m的等强金属螺纹钢锚杆,锚杆间排距为800mm800mm,金属网为直径4.5mm、网孔100mm100mm的冷拔丝焊结而成。三条暗斜井掘进300m左右时,其中回风和轨道暗斜井破坏最为严重,后经修复,目前仍处于不稳定状态。-760m水平三条暗斜井均位于坡刘庄保护煤柱内,其中向北邻近一采区,向东北邻近工业广场保护煤柱,当三条暗斜井即回风暗斜井、轨道暗斜井及胶带暗斜分别到达大约-430、-456和-512水平时,将穿越嘉祥支
6、三大断层,该断层倾角300,落差在120m600m之间,预计断层附近断裂构造将较为发育,也有可能伴生其它构造,另外,由于对嘉祥支三大断层勘探资料较少,对断层的赋水性、导水性、断层带的宽度、充填状况、胶结程度等还有待于进一步查明,或者当工程快接近该断层时,用打超前钻孔的办法详细查明断层的赋存状况,以便为采取有针对性的措施提前作好准备。总之,-760m水平三条暗斜井将绝大部分在3煤顶板岩层中掘进,预计到达-750m水平左右时可能穿过3煤并进入底板岩层中。1.3围岩状况分析-760m水平三条暗斜井所穿越的岩层从下往上为细砂岩、3煤、粉砂岩、中砂岩、泥岩、细砂岩、泥岩等等,而目前掘进实际揭露的顶底板及
7、围岩却为泥质软岩,平均坚固性系数在3左右,其特征是易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变性能大等特征,这是泥岩类中属于质量最差、最难控制的一类泥质软岩。根据现场实际观测、岩样初步实验及数码照片的仔细研究,得出了两点初步结论:(1)三条暗斜井目前已揭露的围岩属于标准的不良地层,其特点是:易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变大等特点,对该类围岩有效控制变形难。(2)三条暗斜井的围岩经过定量的划分,属于类围岩,该类围岩的力学特点是:不稳定、无自稳能力或自稳时间很短;其破坏方式为:易冒顶、易片帮、易底臌、并随时间的延续会发生较大的塑性流变变形。1.4 围岩破坏状况-760m水平三条暗斜井几乎
8、是平行掘进,各条掘进进尺大约都在300m左右,比较这三条暗斜井围岩破坏状况可以发现,胶带暗斜井围岩破坏状况稍轻,回风暗斜井和轨道暗斜井破坏状况却极为严重,后经修复加固之后,目前仍处于极不稳定状态。目前暗斜井的破坏状况如图1图4所示。图1 760m水平回风暗斜井距掘进工作面5m处顶板破坏状况根据现场的实际考察和对图14的分析研究,暗斜井围岩的破坏状况具有以下特点:(1)爆破后,若支护不及时,顶板岩层便发生大面积的冒落,其冒落高度还有待于进一步观测。图23为顶板岩层在及时支护的情况下,在不到几天的时间里,顶板便发生了严重变形,下沉量达半米之多,同时还出现了喷层剥落及钢筋裸露等现象,并伴有35cm宽
9、的顶板断裂缝隙,断缝深度有待测试。(2)两帮变形也极为严重,在没有及时支护的情况下,将出现大面积的塌落或滑塌。图4为及时支护之后两帮的变形和破坏情况,虽然没有出现大面积的整体滑塌现象,但却出现了向临空间的整体移动,使得两帮的相对移近量近一米,这样已严重影响了行人安全和设备的正常运转。(3)底板变形破坏极为严重,即底臌量大,截止到目前为止,底板累计底臌量已达近一米,出现了道轨扭曲,行人台阶松动变位等现象。图5为最近卧底之后在不到几天的时间里所表现出现的破坏状况,可见底板变形仍处于极不稳定状态,并随着时间的延续还在继续发展,其性质具有塑性流变性。总之,-760m水平暗斜井无论是顶板、底板、还是两帮
10、其矿压显现都极为严重,这种矿压显现将不同于一般的矿压显现,它还具有随着时间的延续而表现出来的塑性流变性。所以,针对这种特殊性质的矿压显现,必须采取一种特种支护体系,才能长期而有效的控制住暗斜井变形破坏。图2 760m水平回风暗斜井掘进工作面泥岩结构状况图3 760m水平回风暗斜井右帮围岩破坏状况图4 760m水平回风暗斜井底臌及侧帮破坏状况2巷道破坏机理分析所谓围岩的破坏机理是指引起围岩破坏的根本原因,它所涉及的因素是多方面的,即有环境因素(自重应力、构造应力等),又有周边采动影响因素,还有支护设计、施工工艺等方面的因素,所以研究围岩的破坏机理是非常复杂的。但这里面存在着一种因果关系,即围岩破
11、坏是果,引起围岩破坏的是因,由果推因是完全有可能的,只要找到了引起围岩破坏的原因,即机理,就有可能采取更有针对性的措施来控制围岩的变形和破坏,从而达到治理的目的。主要从三个方面分析-760m水平暗斜井围岩破坏的机理。2.1岩体自身属性2.1.1岩体的物理化学性质该暗斜井围岩属于泥质软岩巷道,平均坚固系数在3左右,特征为易吸湿,易膨胀,易解体,易剥落以及塑形流变性能大,属于类围岩。该类围岩的力学特点是:不稳定、无自稳能力或自稳时间很短;其破坏方式为:易冒顶、易片帮、易底臌、并随时间的延续会发生较大的塑性流变变形。岩性是影响围岩稳定性的最基本因素,是物质基础。6由于矿物组成,岩石结构构造的不同,不
12、同岩石的物理力学性质差别很大。岩石中含有一定量的泥质、伊利石、蒙脱石。这决定了岩体的岩性,属于塑性围岩,主要包括各类粘土质岩石、破碎松散岩石以及某些易于吸水膨胀的岩石,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水易于软化,崩解等不良性质,因此对巷道围岩稳定性最为不利。怕风、怕水、怕震,煤层顶底板岩石都非常松软破碎,易风化。具有可塑性、膨胀性、崩解性、塑性流变性。巷道围岩岩性为泥岩, 且松散、破碎, 层理、节理和裂隙发育, 易风化、水解、臌胀和软化, 泥质和炭质胶结,岩体和岩块的强度均很低, 自稳时间短, 属于典型的松散破碎膨胀型软岩巷道。无自稳能力。2.1.2岩体的力学性能岩体中泥质矿物成分和结构面
13、决定了软岩的力学特性。显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。可塑性是由于岩体受力后片架状结构的泥质矿物发生滑移或泥质矿物亲水性引起的。节理化岩体是由于结构面滑动和扩容引起的,高应力软岩大多是上述两种原因共同引起的。软岩的膨胀性质是在物理、化学、力学等因素的作用下,产生体积变化的现象,其膨胀机理有:内部膨胀、外部膨胀和应力扩容膨胀三种。工程中的软岩膨胀为复合膨胀形式。软岩的崩解性是指软岩在物理、化学、力学等因素作用下,产生片状解体。膨胀性软岩崩解主要是粘土矿物集合体在水作用下,膨胀应力不均匀造成的崩裂。节理化软岩的崩解则是在工程力的作用下,由于裂隙发育不均匀造成局部张力引起的崩裂
14、。高应力软岩则有可能多种崩解机制同时存在。软岩的流变性是指软岩受力变形过程中与时间有关,包括塑性流动,粘性流动,结构面闭合和滑移变形。膨胀性软岩主要是泥质矿物发生粘性流动,在工程力作用下,达到一定极限后,开始塑性变形;节理化软岩流变性主要指结构面的扩容和滑移;高应力软岩流变性多为诸形式的不同组合。岩石变形在应力状态不变的情况下不断增长,处于蠕变状态;或在约束变形条件下,软岩的强度随时间变化而降低。软岩的易扰动性指由于软岩软弱裂隙发育,吸水膨胀等特性,导致软岩抗外部环境扰动的能力极差。对卸荷松动、施工震动等极为敏感,而且具有吸湿膨胀软化、暴露风化的特点。5泥岩、细砂岩和粉砂岩等的单轴饱和抗压强度
15、5Mpa15Mpa之间,甚至更低,内摩擦角很小,按坚固性系数分类,其f ,特别是泥质软岩,单轴抗压强度低于10 MPa,属于标准工程软岩巷道。结构面属于次生结构面,岩体的抗压强度同样不能满足岩体在高应力条件下自稳4。2.1.3岩体的自身结构岩体结构面密集程度高,大部分属于张开型结构面,80%以上结构面属于次生结构面,即原生结构面和构造结构面由于风化等非地质条件后天形成的强度极低的结构面,结构面间有粘性充填物,结构面尺寸小,分布密集而无规律,有剪胀现象,结构面内摩擦角为2030,内聚力0.050.10MPa,为松散结构,裂隙十分发育属于各向异性结构,这样,岩体的自身结构,决定了必须有一个完善的支
16、护体系来稳定巷道1。2.2环境因素2.2.1自重应力1任何地下工程都将受到上覆岩层自重应力的影响,并同时引起相应的水平应力,软岩巷道的破坏表现出明显的与深度有关而与方向无关的特点。随着开采深度的增加,上覆岩层自重应力有增大的趋势。巷道所处地层越深,巷道所受围岩静压就越大,巷道变性破坏变得越发严重,而破坏的方向性不甚明显,这些特征往往表现为重力机制起作用的扩容膨胀,顶板自重应力计算方法如下: =H760m35kN/m=26.6MPa4远远超过了泥质软岩的饱和单轴抗压强度,因此必须采取有效的支护措施才能维持巷道的稳定。2.2.2构造应力场 三条暗斜井均穿越嘉祥支三大断层,则必有构造应力场存在。 构
17、造应力场是指由于地质构造运动而产生的地质构造应力在空间上的分布规律。地壳运动形成的断层褶皱潜藏着巨大的构造应力,靠近或位于这些构造带的地下工程一旦开挖,这些应力必将释放并重新分布。在应力重新分布过程中,巷道支护体系必将受力,且更要承受残余构造应力的影响,这是引起巷道失稳、变形破坏的重要因素之一。1 岩层在巷道成形时,应力状态从三维向二维转变,在构造应力作用下,有极易发生破坏而产生非线性弹塑性变形,这是一种与时间有关的变形。这种变形往往导致软岩支护的宏观破坏,特征是方向性破坏明显,破坏程度与深度无关。该构造应力以水平应力为主,巷道两帮及底板的破坏极为明显。-760m 暗斜井穿越三大断层(落差12
18、0600m)中,断层在形成过程中又形成若干个大大小小的次生小断层及节理,这也是造成硐室与巷道工程失稳的因素之一。 图1 构造引力膨胀机制 gouzao151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151
19、5151515在构造应力场和重力场的联合作用下,形成上图所示三种区域,塑性区的出现改变了围岩的应力状态,这种变化对支护来讲具有两个力学效应:围岩中切向应力和径向应力降低,减小了作用于支护体上的荷载应力集中区向深层偏移,减小了应力集中的破坏作用。在巷道两帮发生应力集中时,两帮岩石处于极不利的单轴受力状态条件,极易产生片帮破坏而直墙半圆拱的塑性区域,区域变形形态,如下图所示10 2.2.3底板受力分析4在巷道底板不稳定的情况下,在巷道底板以上岩层的重力下,巷道的重力作用下,巷道底板产生塑性滑移,其塑性滑移线如图所,底板塑性滑移线及分区示意图据此可以简化得出底板支护荷载计算模型,根据这些模型确定底鼓
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地下工程 课程设计 斜井 碎胀软岩 支护 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。