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        東灘煤礦深部巷道底鼓治理研究

        2020-06-08 21:26:37譚浩李楠石文朋
        關(guān)鍵詞:礦山壓力底鼓力學(xué)

        譚浩 李楠 石文朋

        摘?要:底鼓是由于巷道圍巖壓力過大而引起的巷道底板變形和破壞的現(xiàn)象,致使巷道有效斷面積減小,嚴(yán)重影響礦井的通風(fēng)能力和運(yùn)輸能力。由于巷道底鼓現(xiàn)象而出現(xiàn)的巷道整體垮塌的情況時(shí)有產(chǎn)生,制約著礦井安全生產(chǎn)。隨著煤資源開采范圍的增大,煤礦采深不斷變深,復(fù)雜地質(zhì)條件的賦存資源越來越多,礦山壓力逐漸增大,深部開采采區(qū)都不同程度地受到巷道底鼓現(xiàn)象的制約。

        關(guān)鍵詞:深部巷道;底鼓;力學(xué);礦山壓力

        1引言

        東灘井田3煤層一采區(qū)中上部1306工作面軌順推進(jìn)至1414.5m處發(fā)現(xiàn)陷落柱,柱體由泥巖、粉砂巖、中砂巖和粘土碎塊組成,塊體形狀不一,大小混雜,棱角明顯,排列紊亂,膠結(jié)性較差,柱體松散,干燥無水。煤與圍巖接觸面為不規(guī)則鋸齒狀,界線明顯,接觸面角度為上小下大,在50?~80?之間。接觸面附近煤層傾角急劇變化,角度加大,受到明顯的向下拉伸。工作面軌順推進(jìn)至1456m時(shí),累計(jì)推進(jìn)41.5m,面內(nèi)巖石完全消失,煤層正常。經(jīng)采后調(diào)查分析,該陷落柱在3煤平面形態(tài)為橢圓形,長軸近南北向,長43m,短軸長30m;開采揭露表明,該陷落柱不導(dǎo)水。東灘煤礦位于兗州向斜核部,為地應(yīng)力集中地段。井田內(nèi)次級寬緩褶曲發(fā)育,背斜向斜相鄰相間分布,小斷層較發(fā)育,對綜合機(jī)械化采煤有一定影響。近年來東灘煤礦對地壓做了大量的觀測和研究工作。隨深度增加應(yīng)力的增加呈現(xiàn)有規(guī)律的變化,但是應(yīng)力值大小受巖層、構(gòu)造、測量方法的影響等因素的影響作用也起到一定的作用,在局部地質(zhì)異常區(qū)應(yīng)力變化比較明顯。從本次應(yīng)力的實(shí)測值來看,東灘煤礦的應(yīng)力變化屬于正常,受構(gòu)造應(yīng)力作用的影響不是很強(qiáng),隨深度增加各方向上的最大主應(yīng)力均呈增長趨勢。水平應(yīng)力受構(gòu)造應(yīng)力顯示出較好的方向性。而水平最大主應(yīng)力方向也是基本上一致,大致方向在北西西向。通過實(shí)測得出:東灘煤礦受構(gòu)造應(yīng)力作用不強(qiáng),但水平應(yīng)力具有很好的方向性,其方向大致在北西西向。

        2力學(xué)模型

        巷道圍巖鼓起,巷道底鼓圍巖應(yīng)看做為軟弱體,其抗拉、抗剪、抗彎性能極其低,依據(jù)郎肯土壓力理論總結(jié)其巷道底鼓機(jī)理。假設(shè)巷道兩幫的底板受力為均勻荷載p和q,所受載荷見圖2-2。

        巷道右側(cè)底板受力分析圖,見圖2-3。巷道底板圍巖在均勻載荷q壓力下,本身塑性壓力區(qū)為CIJ范圍,被動(dòng)塑性壓力區(qū)為MCJ范圍。當(dāng)MCJ區(qū)域巖體超過塑性壓力極限時(shí),出現(xiàn)作用于底板上方的載荷作用,比巖體本身強(qiáng)度大時(shí),然后底板MC發(fā)生毀壞,底板膨脹起,造成底鼓。

        巷道左側(cè)底板受力分析圖,見圖2-4。若順槽兩幫壓力不等,如果荷載q比p大,則右?guī)妥畲笃茐纳疃群推茐姆秶鷮⒈茸髱偷装宕?,在地?yīng)力作用下底板兩幫的移動(dòng)體將向巷道內(nèi)壓擠,不僅只發(fā)生底鼓,還將出現(xiàn)底壓。

        3巷道底板支護(hù)

        提高巷道支護(hù)強(qiáng)度、采用有效的支護(hù)方式以平衡巷道底板應(yīng)力,并選取合理的安全系數(shù),可有效控制動(dòng)壓巷道的底鼓現(xiàn)象。但圍巖巖性較差、圍巖破碎時(shí),由于巷道底板壓力較大,控制底鼓的措施應(yīng)在動(dòng)壓影響結(jié)束后予以實(shí)施。當(dāng)圍巖巖性較好、圍巖完整時(shí),從受力分析可知,降低底鼓程度、降低底壓,可采取以下方法:①主動(dòng)方式,采用錨桿、錨索貫穿底板破壞主動(dòng)區(qū),使破壞巖層固定在穩(wěn)定巖層上,這樣可以防止巷道底板荷載向下傳遞,避免主動(dòng)破壞區(qū)向巷道底板下方擴(kuò)大。這種方式等于使得巖石的內(nèi)摩擦角提升、主動(dòng)壓力減小,致使巷道底鼓位移量減小了、減小了底壓;②被動(dòng)方式,采用底板錨桿將底板松散圍巖與穩(wěn)定巖層連接成整體,防止被動(dòng)區(qū)向上移動(dòng),使被動(dòng)區(qū)內(nèi)摩擦角變大、滑移塊體的有用滑移力降低、底壓降低;③固結(jié)松散巖體,采用注漿的方式加固圍巖,其本質(zhì)是增大圍巖強(qiáng)度。在實(shí)際的生產(chǎn)中,底鼓的防治方法應(yīng)有機(jī)的結(jié)合以上三種方法,主動(dòng)方式、被動(dòng)方式和固結(jié)作用相互協(xié)調(diào),形成有機(jī)的整體。

        參考文獻(xiàn)

        [1]?孫廣義. 礦井圍巖與支護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜性研究[J]. 黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào).2010.03,20(2):97-102.

        [2]?蘭永偉,孫廣義. 深部巷道底板錨桿支護(hù)數(shù)值模擬[J].?黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào). 2010(06)

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