全煤巷道断面刷大开挖顺序及支护方案研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
为了解决中小煤矿资源整合过程中所遇到工程技术方面的难题,推动煤炭工业新技术在矿井建设方面的运用,本文以山西煤炭运销集团陕庄煤矿南回风大巷与东回风大巷断面刷大工程为研究背景,运用弹性薄板弯曲理论、有限差分法、钻孔窥视等理论和方法对全煤巷道围岩结构特征进行了较为系统地研究,建立了反映其基本特征的力学模型,并对其矿压显现的一般规律进行了全面分析,揭示了全煤巷道变形破坏特征的产生机理,分析了刷大开挖施工过程中围岩的力学效应,为全煤巷道断面刷大施工提供合理的拆卸、开挖、支护方案。
     简而言之,本文在巷道断面刷大施工中的研究可以归纳以下几点:
     (1)对全煤巷道围岩的结构特征及矿压显现规律进行了深入研究。
     (2)系统地分析了全煤巷道围岩常见变形破坏特征和机理,及刷大开挖造成顶板岩层变形破坏机理。
     (3)对在不同倾角的煤层中开挖巷道造成的围岩变形破坏特征进行了系统地研究。在水平层状围岩体中,围岩顶板处岩层易发生拉断、离层、或形成不规则冒落地带。在倾斜层状围岩体中,倾斜岩层在不对称应力作用下变形破坏,巷道一侧上部拐角处最先发生破坏,破坏也最为严重。在急倾斜层状围岩岩体中,随着岩层倾角的增加,围岩结构的不对称性加强,所以围岩的水平应力和垂直应力更表现出高度的非对称分布,进而造成煤层沿层面滑移,造成左上角煤帮大面积破坏。
     (4)对金属棚子支护及锚杆支护进行了详细的对比分析。相比金属棚子结构支护,锚杆支护更适合大断面全煤巷道支护,将松散的煤体锚固成一个稳定的整体结构,以保持全煤巷道的稳定性。
     (5)依据弹性薄板弯曲理论,建立力学模型并分析计算可得理论拆卸长度公式12qa2b4(2h2π2a2b2+3h2π2a4+3h2π2b4)σt,再根据巷道棚子支护实际布置间距,一次拆卸木棚支护的合理长度确定在2m,采取边拆、边开挖、边支护的施工方法较为符合工程进度与安全要求。
     (6)系统地分析了巷道断面形状选择的影响因素及矩形、拱形两种巷道断面布置形式下的围岩力学效应。
     (7)最优的巷道断面刷大开挖顺序确定为第一步开挖顶板煤层,第二步开挖两帮煤层。
     (8)系统地分析了锚杆长度、锚杆密度、边角锚杆角度等支护参数的设置对全煤矩形巷道围岩应力分布及变化特征、塑性破坏区分布范围的影响,确定最优锚固支护方案。
     (9)从全煤巷道锚固支护效果来分析,分步支护优于整体支护。
In order to solve the problem of engineering technology encountered during medium and small coal mine resources integration, promote the application of new technology of coal industry in constructing, this paper take Shanzhuang Mine of Shanxi Coal Transportation and Sales Group south and east return air roadway cross-section enlargement technique engineering as the research background, systematically research whole coal roadway the surrounding rock structure features using the elastic thin plate bending theory and finite-difference, borehole peep and so on theories and methods, establish mechanical model the that can reflect its basic characteristics, And fully analyze the general rules of its mine pressure appear and the general rules of the mine pressure appeared on the comprehensive analysis, reveals the failure characteristics of coal roadway deformation of generating mechanism, analyzes the surrounding rock mechanics effect in large excavation construction process brush, for whole coal roadway cross-section enlargement construction provide reasonable disassembly, excavation, remove support plan.
     In short, this paper conclude the following points in research of the construction of roadway enlargement in the following points:
     (1) The surrounding rock structure features and the rules of mine-pressure appear of whole coal roadway。
     (2) Systematically analyse the whole coal roadway surrounding rock common deformation and failure characteristics and mechanism, roof strata deformation and failure resulted by enlargement excavation reduce mechanism。
     (3) In the Angle of different coal seam in the excavation of the surrounding rock of roadway deformation caused by failure characteristics are studied systematically。In a horizontal layer wall rock, roof strata in the surrounding rock vulnerable to tensile, overburden bed separation grouting, or form irregular take fall zone. In the tilt layer wall rock, tilt in asymmetric stress rock under the action of deformation and failure, one side of the upper corner of the first happened damage, destroy the most serious also。In the steep inclined surrounding rock bodies, along with the increase of rock dip Angle, the asymmetry of the rock mass structure strengthening, so the level of surrounding rock stress and vertical stress more shows a high degree of asymmetric, causing the coal seam sliding along the level, in the upper left corner caused by coal side area failure。
     (4) Detailed comparative analysis metal shed support and bolt support Compared with metal shed supporting structure, bolt support is more suitable for the whole coal roadway support, will bolt loose coal body into a stable overall structure to maintain the stability of the roadway。
     (5) Based on the elastic thin plate bending theory, establish mechanical model, analysis and calculation theoretical length formula of disassembly, then according to the roadway actual spacing span of metal shed supporting, reasonable length of one removed wood supporting is2m, taking the and support simultaneously, the construction method that taking disassembly, excavation and support at the same time is conform to the requirements of progress and security of the engineering。
     (6) Systematically analyze the influence factors of roadway cross-section shape select and surrounding rock mechanical effect of rectangular, vaulted two roadway section layout。
     (7) The best roadway cross-section enlarging excavation sequence determine that the first step is to excavate roof coal seam, the second step is two sides coal seam。
     (8) Systematically analyze the bolt length, bolt density, the angle of corner bolt and so on supporting parameters are to have an influence on stress distribution, change characteristics and plastic damage area distribution of whole coal rectangular roadway, then determine the optimal support plan。
     (9) Analysed from the view of whole coal roadway anchorage support effect supporting by steps is better than the overall supporting。
引文
[1]杨双锁.煤矿回采巷道围岩控制理论探讨[J].煤炭学报,2010,35(11):1842-1853.
    [2]杨双锁,钱鸣高,康立勋等.巷道围岩控制的波动性平衡理论[J].太原理工大学2001,32(4):339-343.
    [3]杨双锁.回采巷道围岩控制理论及锚固结构支护原理[M].北京:煤炭工业出版社,2004.
    [4]杨双锁.回采巷道围岩控制原理及锚固结构的适应性研究[博士学位论文][D].徐州:中国矿业大学,2001.
    [5]杨双锁,曹建平.锚杆受力演变机理及其与合理锚固长度的相关性[J].采矿与安全工程学报,2010,27(1):1-7.
    [6]杨双锁.巷道控制理论新观点[R].调兵山:中国煤炭学会,2010.
    [7]杨双锁,康立勋.锚杆作用机理及不同锚固方式的力学特性[J],太原理工大学学报,2003,34(5),540-543.
    [8]杨双锁,康立勋.煤矿巷道锚杆支护研究的总结与展望[J],太原理工大学学报,2002,33(4),375-381.
    [9]Shuangsuo YANG, Shaoqing NIU. Thick Board Theory on the Bolting Support of the Ribs in Coal Mine Roadway[J]. Advanced Materials Research, Vols.255-260 (2011) pp 3775-3779.
    [10]Sun Bo-le, Yang Shuang-Suo, Yang Bo, He Tao, Research on the catapulted dynamic mechanism of broken cable-bolt and the defense measures [J], Procedia Engineering, Vols.26 (2011) pp 832-838.
    [11]牛少卿 长壁开采三顺槽围岩控制理论技术研究太原理工大学硕士学位论文2011
    [12]李佳翰,朱晃葵,卓孟慧,薛文城,.既有隧道扩挖及改建技术探讨[J].隧道建设,2011,(S1).
    [13]真下英人,石村利明. 既设隧道断面扩大技术的开发[J].隧道与地下,2003,34(9):729736.
    [14]F. Tonon. Methods for enlarging transportation tunnels while keeping tunnels fully operational
    [J]. Practice Periodical on Structural Design and Construction,2010(11):248-271.
    [15]李煜川 既有隧道扩建工程的施工力学行为研究 西南交通大学硕士学位论文,2008
    [16]太平隧道改扩建施工中隧道扩挖技术探讨 张元海;卓寒清:人民珠江
    [17]何满潮,等.软岩工程力学[M].北京:科学出版社,2002.
    [18]何满潮,王树仁.大变形数值方法在软岩工程中的应用[J].岩土力学,2004,(2).
    [19]孙钧岩石流变力学及其工程应用研究的若干进展北京:岩石力学与工程学报,2007
    [20]冯豫,.关于煤矿推行新奥法问题[J].煤炭科学技术,1981,(4).
    [21]陆家梁.松软岩层中永久洞室的联合支护方法[J].岩土工程学报,1986,(5).
    [22]郑雨天,王明恕,何修仁.软岩巷道复合支护的设计计算[J].建井技术,1987,(4).
    [23]朱效嘉,.对软岩巷道支护的看法[J].煤炭科学技术,1985,(8).
    [24]朱效嘉.煤矿巷道锚杆群支护有关布置问题的探讨[J].安徽理工大学学报(自然科学版),1987,(2).
    [25]方祖烈.拉压域特征及主次承载区的维护理论[M].世纪之交软岩工程技术现状与展望.北京:煤炭工业出版社,1999.
    [26]陆士良,汤雷.软岩动压巷道锚杆支护阻力和工作状态的研究[J].煤,1998,(2).
    [27]陆士良,付国彬,汤雷.采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律[J].中国矿业大学学报,1999,(3).
    [28]侯朝炯,马念杰,.煤层巷道两帮煤体应力和极限平衡区的探讨[J].煤炭学报,1989,(4).
    [29]侯朝炯,何亚男,李晓,侯立宏,姚国平.加固巷道帮、角控制底臌的研究[J].煤炭学报,1995,(3).
    [30]侯朝炯,郭宏亮.我国煤巷锚杆支护技术的发展方向[J].煤炭学报,1996,(2).
    [31]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J].岩石力学与工程学报,2000,(3).
    [32]何满潮.中国煤矿软岩工程地质力学研究进展[J].煤,2000,(1).
    [33]何满潮,吕晓俭,景海河.深部工程围岩特性及非线性动态力学设计理念[J].岩石力学与工程学报,2002,(8).
    [34]樊克恭,翟德元.几何弱结构巷道稳定性分析[J].煤炭工程,2004,(9).
    [35]樊克恭,蒋金泉,.弱结构巷道围岩变形破坏与非均称控制机理[J].中国矿业大学学报,2007,(1).
    [36]樊克恭,郑茂兴,.回采巷道支护设计的多元平衡动态反馈法探讨[J].煤炭工程,2009,(10).
    [37]孙晓明,杨军,郭志飚,.深部软岩巷道耦合支护关键技术研究[J].煤矿支护,2009,(1).
    [38]何满潮,胡永光,郭志飚,任爱武,.大断面软岩巷道耦合支护技术研究[J].矿山压力与顶板管理,2005,(4).
    [39]何满潮,杨军,齐干,王树仁,.深部软岩巷道耦合支护优化设计及应用[J].辽宁工程技术大 学学报,2007,(1).
    [40]董方庭,鹿守敏,高树棠.巷道围岩状态和支护理论的探讨——兼论软岩巷道支护[J].矿山压力与顶板管理,1987,(2).
    [41]董方庭,郭志宏,兰冰.THE THEORY OF SUPPORTING BROKEN ZONE IN SURROUNDING ROCK[J]. Journal of China University of Mining & Technology,1991,(0).
    [42]董方庭,宋宏伟,郭志宏,鹿守敏,梁士杰.巷道围岩松动圈支护理论[J].煤炭学报,1994,(1).
    [43]杨新安,陆十良.软岩巷道锚注支护理论与技术的研究[J].煤炭学报,1997,(1).
    [44]凌标灿,黄向宏.巷道断面形状力学效应三维数值模拟分析[J].淮南工业学院学报(自然科学版),2002,(1).
    [45]杨万斌,蔡美峰,郭延华,.大跨度全煤巷道开挖顺序数值模拟研究[J].采矿与安全:1:程学报,2006,(4).
    [46]谢和平,刘夕才,王金安.关于21世纪岩石力学发展战略的思考[J].岩土工程学报,1996,(4).
    [47]周维垣.岩体力学数值计算方法的现状与展望[J].岩石力学与工程学报,1993,(1).
    [48]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
    [49]贾喜荣.岩石力学与岩层控制[M],徐州:中国矿业大学出版社,2010.
    [50]钱鸣高,茅献彪,缪协兴.采场覆岩中关键层上载荷的变化规律[J].煤炭学报,1998,23(2),135-139.
    [51]曹树刚,乔福祥,.厚煤层倾斜分层开采的矿山压力研究[J].煤炭学报,1987,(3).
    [52]李增琪.计算矿山压力和岩层移动的三维层体模型[J].煤炭学报,1994,(2).
    [53]薛亚东,康天合.回采巷道围岩结构与裂隙分布特征及锚杆支护机理研究[J].煤炭学报,2000,(S1).
    [54]陈建功,贺虎,张永兴,.巷道围岩松动圈形成机理的动静力学解析[J].岩土工程学报,2011,(12).
    [55]刘刚,宋宏伟.煤巷围岩松动圈规律研究[J].煤炭学报,2002,(1).
    [56]陈秋红,李仲奎,张志增,.松动圈分区模型及其在地下工程反馈分析中的应用[J].岩石力学与工程学报,2010,(S1).
    [57]李文光,王金华,.软岩巷道围岩变形破坏机理和合理支护问题[J].煤炭学报,1987,(3).
    [58]张倬元.工程地质分析原理[M].地质出版社,1994.3
    [59]周维垣.高等岩石力学[M].北京:中国水利水电出版社,1990.
    [60]贾蓬,唐春安,王述红,.巷道层状岩层顶板破坏机理[J].煤炭学报,2006,(1).
    [61]林崇德.层状岩石顶板破坏机理数值模拟过程分析[J].岩石力学与工程学报,1999,(4).
    [62]苏波.煤岩体结构观测及对巷道围岩稳定性的影响研究[D].:2007.
    [63]梅志千,周建方,章海远.莫尔-库伦理论的修正及应用[J].上海交通大学学报,2002,(3).
    [64]刘善均,王韦,许唯临.莫尔圆求解c、中值的最佳拟合[J].四川大学学报(工程科学版),2002,(6).
    [65]俞茂宏,昝月稳,范文,赵坚,董正筑.20世纪岩石强度理论的发展——纪念Mohr-Coulomb强度理论100周年[J].岩石力学与工程学报,2000,(5).
    [66]严春风,王桂林,冯劲,朱可善.基于Mohr-Coulomb抗剪强度准则的岩体可靠度分析[J].重庆建筑大学学报,1999,(2).
    [67]王建锋,李智毅,张欣海.岩体结构面强度的Mohr-Coulomb破坏判据与Barton破坏判据的试验对比[J].地球科学-中国地质大学学报,1993,(4).
    [68]宋仁.莫尔曲线与应力球[J].铁道科学与工程学报,1989,(4).
    [69]钱鸣高.20年来采场围岩控制理论与实践的回顾[J].中国矿业大学学报,2000,(1).
    [70]靖洪文,宋宏伟,郭志宏.软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究[J].中国矿业大学学报,1999,(6).
    [71]柏建彪,侯朝炯,.深部巷道围岩控制原理与应用研究[J].中国矿业大学学报,2006,(2).
    [72]王卫军,李树清,欧阳广斌,.深井煤层巷道围岩控制技术及试验研究[J].岩石力学与工程学报,2006,(10).
    [73]常聚才,谢广祥,.深部巷道围岩力学特征及其稳定性控制[J].煤炭学报,2009,(7).
    [74]王明年,张建华.工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果研究[J].岩土工程学报,1998,(5).

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700