综放动压巷道围岩变形规律研究.pdf

煤炭工程2 0 1 0 年第6 期 综放动压巷道围岩变形规律研究 田 多1 ⋯，丁耀川2 ，李红涛1 1 ．华北科技学院安全工程学院，北京1 0 1 6 0 1 ；2 ．大唐煤业鄂尔多斯市国源矿业开发有限公司， 内蒙古鄂尔多斯0 1 0 3 0 0 ；3 ．北京科技大学土木与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要通过对动压巷道围岩变形的现场观测，从巷道围岩变形的相对量角度，总结得出了 动压巷道在受采动影响期间三阶段的特征；并从巷道围岩变形的绝对量角度，总结得出了动压巷 道整体上呈现小变形特点，从而说明区段保护煤柱宽度和巷道锚杆支护参数的合理性。 关键词动压巷道；围岩变形；小变形 中图分类号1 7 3 2 2 ．4文献标识码B文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 0 0 6 4 0 6 2 4 3 对于双巷布置工作面而言，在上区段动压下的下区段 轨道巷矿压控制是回采巷道围岩控制的重中之重。从技术 角度来讲，动压巷道围岩控制的效果取决于区段间保护煤 柱的几何参数和动压巷道围岩支护参数。安家岭一号井是 设计能力1 0 0 0 万t 的特大型矿井，9 。煤层生产采取双巷布 置，巷道支护采用锚网支护。为分析区段保护煤柱和锚杆 支护参数的合理性，特在9 0 0 2 综放工作面轨道巷进行了矿 压观测，对巷道的保护煤柱和锚杆参数合理性进行探讨。 1 概况 安家岭一号井9 0 0 2 工作面所采煤层为石炭系上统太原 组中部9 。煤层，厚度为1 1 ．2 4 1 4 ．9 0 m ，平均煤厚1 3 ．5 5 m 。 该工作面直接顶为炭质泥岩，厚度0 ．8 5 4 ．2 0 m ，平均厚 度2 ．0 2 m ；直接底为粉砂到中粒砂岩，厚度0 ．7 0 ～1 ．7 7 m ， 平均厚1 ．1 5 m 。 9 0 0 1 主 运 巷 9 0 0 2 辅 运 巷 图l 辅运巷相对位置 9 0 0 2 工作面辅运巷与上区段正在回采的9 0 0 1 工作面主 运巷之间有2 0 m 保护煤柱，其相对位置如图1 所示。辅运 巷巷道断面为矩形，净断面宽高 5 m 3 ．5 m ，顶板采用 锚网锚索联合支护，螺纹钢锚杆啦0 2 4 0 0 1 1 1 1 1 1 ，锚杆间排 6 2 距9 0 0 1 n l n 1 0 0 0 m m ，锚杆每排6 根，距左、右帮各 2 5 0 r a m 。锚索在巷道顶板中心，每3 m 布置一根，锚深 7 ．O m 。巷道帮锚杆排距1 2 0 0 m m 1 0 0 0 r a m ，顶部锚杆距顶 板3 0 0 r a m ，采用玻璃钢锚杆，规格‘p 1 8 1 7 0 0 m m 。菱形金 属网规格为3 ．O m 1 ．4 0 m 。辅运巷支护方式如图2 所示。 图2 辅运巷支护方式 衄 2 动压巷道围岩变形观测与分析 2 ．1 观测布置 受9 0 0 1 工作面采动影响的9 0 0 2 工作面辅运巷，其围 岩变形观测站布置于超前9 0 0 1 工作面l O O m 位置处。采用 J S S 3 0 A 型数显收敛计对巷道的表面位移进行测量。 巷道表面位移采用“十字量测法”进行观测，如图3 所 示。具体方法如下用钻机在顶底板及两帮中线位置钻直径 收稿日期2 0 0 9 一1 2 2 6 作者简介田多 1 9 6 5 一 ，男，河北宣化人，北京科技大学土木与环境工程学院在读博士，现在华北科技学院从事 采矿工程方面的教学与科研工作。 万方数据 2 0 1 0 年第6 期煤炭工程 3 8 n u n 、深3 0 0 m m 垂直围岩 表面的孔，将树脂药卷放入 孔中，并装入A 、B 、c 和 D 测点。在C 、D 之间绷紧 线绳，A 、B 之间拉紧收敛 计，测出O A 、A B 值；在 A 、B 之间绷紧线绳，C 、D 图3 巷道表面位移测点布置 之间拉紧收敛计，测出O C 、 专 重 螫 鞍 I 面 蛰 制 O D 值；读数时精确到l m m 。用皮尺测量观测站至9 0 0 1 回 采工作面之间的距离。 2 ．2 动压巷道围岩变形分析 在9 0 0 1 工作面回采期间，现场对9 0 0 2 综放工作面辅 运巷的顶底板相对位移和两帮相对位移进行了较长时间的 观测工作。图4 和图5 是9 0 0 2 综放工作面辅运巷受采动影 响期间巷道表面位移观测统计的结果。 入 { t 5 ．0r ’’’。。。。。。‘‘‘。。。1 N 枷 I 一顶底板f l 一两帮l } 、 3 ．0 lk ＼叁o ’_ ．卜、b≮ 舻鼍 - _ 、_ 1 ．O 5 0 ．0 - 4 0 ．0 ．3 0 ．0 ．2 0 ．0 1 0 ．00 ．0 1 0 ．02 0 ．0 3 0 ．0 4 0 ．0 5 0 ．06 0 ．07 0 ．08 0 ．09 0 ．01 0 0 ．0 距工作面距离／m 图4回采期间巷道围岩变形速度曲线 ＼ 7 0 i 0 、 ，l 一顶底板I ＼ 删 l 一两帮 ＼ 5 0 i 0 心逑 2 0 ．O ．一二I二j一．i．，，7．．7．．。 l O ．0 - 5 0 ．0 - 4 0 ．0 3 0 ．0 - 2 0 ．0 - 1 0 ．00 ．01 0 ．02 0 ．03 0 ．04 0 ．05 0 ．06 0 ．07 0 ．08 0 ．09 0 ．01 0 0 ．O 距工作面距离／m 图5 回采期间巷道围岩变形量曲线 由图4 和图5 ，从相对变形角度来看，9 0 0 2 工作面辅 运巷巷道变形可以分为3 个阶段。 1 从工作面前方1 0 0 3 6 ．8 m 为第1 阶段。即巷道表 面位移起始阶段或称作超前影响微弱阶段。该阶段巷道表 面未表现出较明显的变形情况，两帮和顶底板几乎呈同步 变形。两帮移近速度最大值为0 ．7 m m ／d ，两帮累计移近量 1 2 ．3 r a m ；顶底板移近速度最大值为0 ．8 m m ／d ，顶底板累计 移近量为1 3 ．1 R L r n 。 2 从工作面前方3 6 ．8 一一2 ．2 m 为第2 阶段，即巷道 表面位移相对显著阶段或称作超前影响显著阶段。该阶段 巷道表面表现出较明显的变形情况，两帮移近速度最大值 为1 ．3 m m ／d ，两帮累计移近量为2 5 ．6 m m ；顶底板移近速度 最大值为1 ．2 m m ／d ，顶底板累计移近量为2 8 ．7 m m 。 3 从工作面前方一2 ．2 m 至一5 0 m 为第3 阶段，即巷道 表面位移相对剧烈阶段。该阶段巷道表面出现剧烈的变形 情况，两帮移近速度最大值为5 ．3 m m ／d ，两帮累计移近量 为6 1 ．1 m m ；顶底板移近速度最大值为5 ．7 m m ／d ，顶底板累 计移近量为7 1 ．8 m m 。 从绝对变形角度来看，受9 0 0 1 工作面采动影响的9 0 0 2 工作面辅运巷巷道变形整体上呈小变形特点，即使是在巷 道表面位移相对剧烈的阶段，巷道两帮最大变形速度和变 形量也仅分别为5 ．3 m m ／d 和6 1 ．1 m m ；顶底板最大变形速 6 3 万方数据 煤炭工程2 0 1 0 年第6 期 基于四面体的煤层储量计算理论与应用 王 强，武亚峰，杨晓威，程海星 中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要基于四面体的煤层储量计算方法，首先获取煤层硕底板离散数据点，采用增量法形 成优化三角网，然后由煤层的表面三角形和零向量所构成的四面体体积之和得出煤层体积。文章 首先介绍了用四面体模型的体积计算方法，然后给出了基于四面体的煤层储量计算的详细步骤和 关键算法。 关键词四面体；储量计算；三角割分 中图分类号T D l 7 7 ．3文献标识码A文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 0 0 6 - 0 0 6 4 - 0 3 C o a lR e s e r v e sC a l c u l a t i o nT h e o r ya n dA p p l i c a t i o nB a s e do nT e t r a h e d r o n W A N GQ i a n g ，W UY a f e n g ，Y A N GX i a o w e i ，C H E N GH a i x i n g S c h o o lo fM i I l i l I gE n 衄i n g ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，X u z h o u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t B a s eo nt h ec a l c u l a t i o nm e t h o do ft h et e t r a h e d r a l e a l t nr 嫩r v ∞，t h es e p a r a t e dd a t ap o i n t so ft h e 解绷r o o fa n d f l o o rW m af L S to b t a i n e da n dt h ei n c r e m e n tm e t h o dw a sa p p l i e dt of o r mo p t i m i z e dt r i a n g u l a rn e t w o r k ．T h e nt h e 射l l n ev o l u m e c o u l db em a d ef r o mt h e 叭皿o ft h et e t r a h e d r a lv o l u m ef o r m e dw i t ht h e 剐舢s u r f a c et r i a n g l ea n dt h eF _ 沱r Ov e c t o r ．T h ep a p e r f i r s t l yi n t r o d u c e dt h ev o l u m ec a l c u l a t i o nm e t h o do ft h et e t r a h e d r a lm o d e la n dp r o v i d e dt h ed e t a i ls t e p sa n dk e ya l g o r i t h m0 f t h es e 咖r e s e n r 髓c a l c u l a t i o nb a s eo nt h et e t r a h e d r o r r K e yw o r d s t e t r a h e d r o n ；c o a lr e s e l r v e c a l c u l a t i o n ；t r i a n g u l a t i o nd i v i s i o n 度和变形量也仅分别为5 ．7 m m ／d 和7 1 ．8 m m 。由此可以说 明，双巷布置的区段保护煤柱宽度和辅运巷锚杆支护参数 是合理的，能够满足安全生产要求。 此外，从整体趋势还可以看出，9 0 0 2 工作面辅运巷巷 道表面变化有两个特点一是巷道顶底板移近速度和移近 量大于两帮；二是在距工作面2 2 m 以外，两帮和顶底板的 移近速度与累计移近量相差不大，在距工作面2 0 m 以内两 帮和顶底板的移近速度与累计移近量表现出较大的差异。 9 0 0 2 工作面辅运巷表面位移的变化之所以表现出以上 特征，是由于以下两个原因 1 在动压巷道三个阶段的变形过程中，巷道两帮的围 岩破坏继续向深处发展。在两帮围岩向深处发展的过程中， 深部围岩向外位移时首先要压实前期已经产生的裂隙，进 而推动外部破裂围岩向巷道内位移，从而表现出巷道表面 位移相对不显著的特征。 2 受到9 0 0 1 工作面回采影响，随辅运巷两帮围岩破 坏持续向深部发展，使得辅运巷的实际跨度持续增加，同 时由于回采引起的侧向支承压力的显著增加，辅运巷两帮 所受垂直应力显著增大，在侧压系数不变的条件下，辅运 巷顶底板岩层的水平应力显著增大，进而使得顶底板岩层 的挠度增大，在巷道表面位移上表现为巷道顶底板之间位 移的相对显著增大。 3 结论 1 从动压巷道围岩的相对变形来看，动压巷道围岩变 形表现出明显的阶段性，根据采动影响的程度不同，分别 表现为微弱阶段、显著阶段和剧烈阶段。 2 从动压巷道围岩变形整体趋势来看，动压巷道变形 表现为顶底板移近速度和移近量大于两帮，并随上区段工 作面采动影响的剧烈程度表现出较大差异。 3 从动压巷道围岩的绝对变形来看，动压巷道整体呈 现小变形特征，这说明目前区段之间留设煤柱宽度和巷道 锚杆支护参数能够满足安全生产的需要。 责任编辑李泽茎 收稿日期2 0 1 0 0 l 一2 6 基金项目国家留学基金委资助项目 2 0 0 8 1 0 4 2 5 1 作者简介王强 1 9 8 l 一 ，男，四川绵阳人，中国矿业大学矿业工程学院采矿工程博士研究生，主要从事采矿信息 工程和数字化矿井方面的研究工作。 万方数据 综放动压巷道围岩变形规律研究综放动压巷道围岩变形规律研究 作者田多， 丁耀川， 李红涛 作者单位田多华北科技学院,安全工程学院,北京,101601;北京科技大学,土木与环境工程学院,北京 ,100083， 丁耀川大唐煤业鄂尔多斯市国源矿业开发有限公司,内蒙古,鄂尔多斯,010300 ， 李红涛华北科技学院,安全工程学院,北京,101601 刊名 煤炭工程 英文刊名COAL ENGINEERING 年，卷期2010，““6 被引用次数0次 相似文献10条相似文献10条 1.会议论文 张向阳.涂敏.徐乃忠 动压下底板大巷围岩应力分析及合理停采线研究 2006 本文运用FLAC数值模拟软件,对采动压力影响下的底板大巷围岩建立数值分析模型,模拟分析了在采动过程中煤层底板围岩应力分布特征、应力运移 规律及巷道变形特征,初步探讨了保护煤柱的合理留设,并得出了引起巷道围岩变形的机理. 2.会议论文 王志宏 不稳固矿岩动压巷道合理支护型式的探讨 1988 3.学位论文 李迎富 潘三矿深井动压回采巷道围岩稳定性分类及其支护设计 2006 本文以淮南潘三矿为工程背景，采用理论分析、数值模拟及现场观测等方法，从现场观测入手，分析研究了深井动压巷道的围岩变形规律；通过正 交数值模拟试验，得出各影响因素与深井动压巷道围岩变形之间的关系；分析确定了影响深井动压巷道围岩稳定性的指标，并在此基础上进行深井动压 巷道围岩稳定性模糊分类；根据实例巷道的地质条件，进行巷道围岩稳定性模糊综合评判，得出实例巷道的整体稳定性类别；依据弱结构处在巷道的不 同位置，进行巷道围岩次分类，并利用数值模拟，分析不同次分类巷道的变形破坏特征；通过分析深井动压巷道围岩变形破坏机理，确定深井动压巷道 围岩的控制原则；在分析锚网索控制围岩的机理基础上，根据具体巷道的围岩稳定性分类及控制原则，进行支护参数设计，并通过数值模拟，对设计巷 道的支护参数进行检验；利用现场实测，对锚网索支护进行监测反馈。 4.会议论文 王爱午 石炭二叠纪全煤动压巷道围岩控制实践 2008 以同煤大唐塔山煤矿开采石炭二叠纪煤层为工程背景,采用理论分析、微地震实验、数值校验及现场观测等方法,分析研究了塔山矿8103工作面开采 过程中与相邻8104工作面5104顺槽对采对掘时5104顺槽动压巷道的围岩变形规律;从微地震试验入手,得出各影响因素与动压巷道围岩变形之间的关系;分 析确定了影响动压巷道围岩稳定性的指标.通过对5104顺槽受动压影响期间巷道围岩变形破坏规律,确定动压巷道围岩的控制补强措施;在分析锚网索控制 围岩的机理基础上,在原有支护条件下进行支护优化设计,并利用数值校验,对设计巷道的支护参数进行检验;利用现场实测,对锚网索支护进行监测反馈 ,取得了较好效果,为下一步继续优化和完善石炭二叠纪动压煤巷支护打下了良好的基础. 5.期刊论文 徐铖辉.孟祥瑞.赵光明.房晓敏 动压巷道锚注加固的数值模拟 -煤炭技术2010,293 锚注加固通过注浆将破碎围岩凝结成整体,改善围岩的结构及其力学机制,提高了围岩的强度.将锚杆和注浆加固相结合,形成锚注一体化,本质上实现 了围岩作为支护结构的一部分,大大提高了支护结构的承载能力.文章对动压破碎巷道锚注加固前后围岩变形情况进行了数值模拟,根据计算分析进行了现 场支护试验.监测结果表明锚注加固显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了动压巷道的损伤变形. 6.期刊论文 王浩.柏建彪.王春雷.王庆第.WANG Hao.BAI Jian-biao.WANG Chun-lei.WANG Qing-di 松软顶煤动压 巷道注浆固化技术研究 -煤2008,174 研究了在采动支承应力作用下松软顶煤巷道的稳定控制技术,以山西兰花集团大阳煤矿3100孤岛面的回风巷为研究对象,应用高水速凝材料对松软顶 煤预注浆、对巷道两帮煤体滞后注浆,锚杆、锚索联合支护的方式有效控制了松软顶煤动压巷道围岩变形. 7.期刊论文 孔一凡.姬阳瑞.KONG Yi-fan.JI YANG-rui 动压巷道锚注加固技术应用研究 -煤炭科学技术 2006,348 以某矿石门巷道受上部煤层工作面跨采影响条件下的维护技术为例,对巷道破坏的原因进行了分析,从提高围岩强度的角度出发,提出了在原支护条件 下对被保护巷道进行注浆加固的方案.从现场实践的效果来看,注浆技术的采用提高了浅部岩体的围岩强度,改善了力学性能,从而使巷道在采用锚杆支护 时,能够显著提高锚杆的锚固力,形成有效的承载结构,降低采动影响围岩变形的程度. 8.期刊论文 张向阳.涂敏.黄乃斌.ZHANG Xiang-yang.TU Min.HUANG Nai-bin 动压影响下底板大巷围岩应力分析及 其控制研究 -煤矿开采2006,113 运用FLAC数值模拟软件,对采动压力影响下的底板大巷围岩建立数值分析模型,模拟分析了煤层底板围岩应力分布及其在采动过程中应力变化规律,及 其对底板大巷围岩变形的影响,初步探讨了保护煤柱的合理留设,并分析了引起巷道围岩变形的机理,提出了控制巷道变形的钻孔爆破卸压技术. 9.学位论文 张朝华 动压巷道稳定性控制理论与方法 2003 该文根据采场超前支承压力分布与动压巷道变形观测成果,应用巷道稳定性控制的新理论,结合大屯煤电公司姚桥煤矿的具体条件,探讨了上山保护煤 柱的确定方法.针对动压软岩巷道特点,根据煤层巷道锚杆支护组合梁理论和煤层巷道刚柔耦合支护理论,在分析锚杆及锚索支护机理的基础上,对其支护 参数及动压煤巷二次支护时间进行了优化.并结合注浆技术,对动压煤层巷道进行了锚注技术的实验研究.现场实际观测表明,采场超前支承压力的分布范 围为5263m.上山保护煤柱的宽度可取5565m.在采区内各走向长壁回采工作面开采结束后,回收上山煤柱.动压煤层巷道变形量大,两帮收敛量最大可达 777mm,底鼓变形量最大可达318mm.巷道收敛变形速度最大可达57mm/d,底鼓最大变形速度为26mm/d.采用高强度树脂药卷加长锚固锚杆锚索,配以菱形金 属网、W钢带联合支护形式.约束锚固区内煤体的变形和破坏,加长锚固形式还具有成本低、施工速度快的特点.应用组合梁理论和工程类比方法,优化确定 了煤层巷道锚杆支护参数.实测结果证实,巷道围岩变形得到有效控制,顶板离层控制在允许范围内,保证了生产安全、正常进行.应用巷道二次耦合支护原 理,研究了巷道支护的关键部位及其变形特征,确定了最佳支护时间.出现高应力腐蚀现象的部位就是需要二次组合支护的关键部位.注浆锚杆将破裂的巷 道围岩胶结为一个整体,提高了围岩强度和刚度,加固了围岩,变被动支护为主动支护,从而提高支护效果.注浆锚杆加固段的巷道变形量大大减小,巷道稳 定性显著提高.注浆锚杆支护是一项适用于动压煤层巷道、破碎围岩巷道和软岩巷道支护的实用技术.根据实验结果可以看出,锚注复合支护作为一种主动 支护方式,具有比单一锚杆索更好的支护效果,能更有效地控制围岩变形,改善围岩的应力状态,特别是在高地应力巷道或软岩巷道,当单一支护方式难以 使巷道保持长期稳定性时,运用锚注复合支护是一种比较理想的支护方式.不仅减少了巷道两帮及顶底板的移近量、而且改善了围岩的应力状态,缓解了围 岩的应力集中程度,使得巷道稳定性显著提高. 10.期刊论文 张金亮.闫帅.柏建彪.ZHANG Jin-liang.YAN Shuai.BAI Jian-biao 厚煤层采动巷道支护技术研究 - 煤2009,186 介绍了厚煤层、破碎围岩巷道稳定原理及控制技术,并采用底角锚杆支护和高水速凝材料注浆加固技术对潞安环能股份公司王庄煤矿5211工作面的回 风巷进行支护, 从而提高动压沿空掘巷破碎区及塑性区围岩的强度, 控制动压沿空掘巷围岩变形, 为厚煤层动压、破碎围岩沿空掘巷围岩控制方法提供 理论依据. 本文链接 授权使用黑龙江科技学院hljkjxy，授权号27b54518-887c-4408-8d49-9e11009122cc 下载时间2010年10月16日