口孜東礦11-2煤巖巷頂板離層穩(wěn)定性分析

徐盼,吳德義

(安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥230061)

摘要：淮南礦區(qū)口孜東礦11-2煤埋置深,頂板地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)已有研究結(jié)果將多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)的頂板總離層分離為層間離層和塑性變形。比較分離后層間離層、塑性變形值與其臨界值 ，得出了該煤層巖巷頂板失穩(wěn)特征，并分析了頂板巖層組成變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，可為頂板合理支護(hù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：層間離層；塑性變形；頂板離層穩(wěn)定性；頂板巖層組成

收稿日期：2014-12-29

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51374009)

作者簡(jiǎn)介：徐盼(1992-)，男，主要研究方向?yàn)閹r土工程。

中圖分類(lèi)號(hào)：TD262.3

Research on roof separation stability of rock

tunnel in 11-2 coal layer in Kou-Zi Dong mine

XU Pan,WU De-yi

(School of Civil engineering,Anhui jianzhu university , hefei 230061,China)

Abstract:Because of deeper tunnel buried depth and complex roof geological conditions of 11-2 coal layer in Huainan Kou-Zi Dong mine, total roof separation value tested by Multi-point displacement meter was differentiated into interlayer separation and plastic deformation based on the current research achievements. The instability characteristic and influence of roof rock layer variation on instability were analyzed by comparison interlayer separation value and plastic deformation value with their critical value. The result could offer basement for reasonable roof support.

Key words:interlayer separation; plastic deformation; stability of roof separation; composition of roof layer

口孜東礦11-2煤埋深約900m，頂板組成復(fù)雜多變，由于煤層埋置深，巷道布置于11-2煤層中很難保持穩(wěn)定，必須布置在煤層頂板中，巷道底板沿煤層掘進(jìn)，工程中一般采用錨網(wǎng)索支護(hù)，結(jié)果表明局部地段頂板仍難以保持穩(wěn)定，為此，必須對(duì)11-2巖巷頂板離層穩(wěn)定性進(jìn)行分析。頂板失穩(wěn)主要由塑性變形或?qū)娱g離層不穩(wěn)定引起[1-2],本文采用多點(diǎn)位移計(jì)對(duì)不同典型地質(zhì)條件頂板離層進(jìn)行了實(shí)測(cè)，根據(jù)頂板塑性變形及層間離層不同特點(diǎn)[1]，將工程實(shí)測(cè)總離層分離為層間離層和塑性變形，并與層間離層和塑性變形臨界容許值比較[3]來(lái)分析頂板離層失穩(wěn)形成的主要機(jī)制?？蔀楹侠礤^桿索支護(hù)參數(shù)確定提供依據(jù)，并可在同類(lèi)巷道支護(hù)推廣應(yīng)用。

1多點(diǎn)位移計(jì)工程實(shí)測(cè)

口孜東礦11-2煤頂板地質(zhì)條件多變，選擇如圖1(a,b,c)三種典型地質(zhì)條件，采用北京泰瑞金星儀器有限公司生產(chǎn)的KJ327-F型礦壓監(jiān)測(cè)分站獲取多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)。3種不同位置巷道頂板中部多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)點(diǎn)布置如圖2，采用4個(gè)礦壓監(jiān)測(cè)分站，典型的1號(hào)孔多點(diǎn)位移計(jì)及礦壓監(jiān)測(cè)分站布置如圖3。

圖111-2煤典型三種不同地質(zhì)條件

三種典型地質(zhì)條件多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)結(jié)果如圖4。

2多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)結(jié)果分析

2.11號(hào)孔位置

根據(jù)圖5(a)實(shí)測(cè)結(jié)果，由于圍巖巖性較好及錨桿錨固作用，距頂板3.5m范圍離層量較小。距頂板表面4.7m范圍30d內(nèi)實(shí)測(cè)離層隨時(shí)間變化較好滿足：

(1)

距頂板表面9.0m范圍內(nèi)實(shí)測(cè)30d內(nèi)離層隨時(shí)間變化回歸方程較好滿足：

(2)

根據(jù)頂板塑性變形和層間離層不同特點(diǎn)[1]，頂板離層初期30d內(nèi)距頂板3.5-4.7m范圍以及4.7-9.0m范圍離層主要呈現(xiàn)塑性變形。30d后頂板塑性變形可以依據(jù)式(1)及式(2)推算，30d后頂板層間離層估算值為實(shí)測(cè)總離層與塑性變形估算值之差。

2.22號(hào)孔位置

據(jù)圖5(b)實(shí)測(cè)結(jié)果，頂板離層呈現(xiàn)明顯的層間離層特征[2]。2號(hào)孔位置，距頂板3.5m及8.0m測(cè)點(diǎn)位置離層實(shí)測(cè)值主要呈現(xiàn)層間離層，塑性變形量較小。

2.33號(hào)孔位置

離層初期30d內(nèi)3號(hào)孔距頂板表面4.7m 位置實(shí)測(cè)離層隨時(shí)間變化回歸方程可示為：

(3)

離層初期30d內(nèi)3號(hào)孔距頂板9.0m位置實(shí)測(cè)離層隨時(shí)間變化回歸方程可示為：

(4)

離層初期30d內(nèi)：距頂板較近范圍(0-3.5m)內(nèi)，離層以層間離層為主；距頂板一定范圍(3.5-4.7m)內(nèi)，離層主要為塑性變形；距頂板較遠(yuǎn)范圍(4.7-9.0m)，離層以層間離層為主。

30d后頂板塑性變形可據(jù)式(3)及式(4)推算，30d后頂板層間離層估算值可用實(shí)測(cè)總離層與30d時(shí)頂板離層實(shí)測(cè)值差值示之。30d后各測(cè)孔位置不同區(qū)段層間離層分布如圖5。

圖5各測(cè)孔位置不同區(qū)段層間離層分布

3頂板離層穩(wěn)定性分析

塑性變形臨界值可據(jù)巖性不同分別取值[3]：圍巖巖性砂巖時(shí)，表面變形臨界值為100mm；圍巖巖性泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖時(shí)，表面變形臨界值為120mm；圍巖巖性為泥巖時(shí)，表面變形臨界值取150mm；圍巖巖性為煤時(shí)，表面變形臨界值取200mm。圖5計(jì)算結(jié)果表明:三種典型地質(zhì)條件下,頂板表面塑性變形不超過(guò)50mm，一般地質(zhì)條件頂板塑性變形保持穩(wěn)定。

口孜東礦11-2煤頂板錨固區(qū)內(nèi)外層間離層臨界值為15.0mm，單個(gè)結(jié)構(gòu)面層間離層臨界值更小[4-6]。圖5計(jì)算結(jié)果表明：1號(hào)孔距頂板3.5-4.7m位置結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生了顯著不穩(wěn)定層間離層，距頂板4.7-9.0m位置結(jié)構(gòu)面層間離層有不穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)；2號(hào)孔距頂板3.5-8.0m位置結(jié)構(gòu)面層間離層顯著不穩(wěn)定；3號(hào)孔位置距頂板0-1.8m及4.7-9.0m位置結(jié)構(gòu)面離層快速增長(zhǎng)，據(jù)頂板1.8-3.5m位置結(jié)構(gòu)面層間離層有不穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)。三種典型地質(zhì)條件都存在不穩(wěn)定發(fā)展關(guān)鍵層，頂板巖層結(jié)構(gòu)組成不同，關(guān)鍵層位置及數(shù)量不同，不穩(wěn)定關(guān)鍵層主要由巖層巖性、厚度及距頂板高度確定。接近煤層頂板的薄層軟弱巖層易于產(chǎn)生不穩(wěn)定層間離層，一般地質(zhì)條件口孜東礦11-2煤頂板有明顯層間離層發(fā)展趨勢(shì)。

4結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)頂板層間離層和塑性變形不同特點(diǎn)，將典型地質(zhì)條件多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)離層值分離為層間離層與塑性變形并和其臨界值比較。結(jié)果表明：口孜東礦11-2煤巖巷頂板不穩(wěn)定主要由層間離層引起的，多變的頂板巖層組成變化，使關(guān)鍵層位置產(chǎn)生改變。

參考文獻(xiàn)

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