泥质软岩巷道底鼓力学计算及其优化治理

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1、泥质软岩巷道底鼓力学计算及其优化治理121王天刚,刘冲,李亮雄(1.甘肃万胜矿业有限公司二矿,甘肃庆阳745713;2.中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077)摘要:对高应力膨胀软岩条件下的巷道底鼓机理进行了分形措施,为高应力松软围岩条件下巷道底鼓处理和控制提供析,提出了复杂条件下复合型底鼓的力学模型,推导了巷道了理论和实践依据。底板塑性区范围及底板压力的本构方程,达到了控制巷道底1井筒底板破坏的影响因素鼓变形的效果。关键词:软岩;底鼓;力学分析;治理1.1地质因素中图分类号:TD353文献标志码:A全井田多为泥岩或泥质粉砂岩,孔隙率8．21%

2、,遇水后文章编号:1672-4011(2017)07-0094-03岩石层理、节理和裂隙间的摩擦力减小,岩石的整体强度降DOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2017．07．044低;由于垂直应力的作用,巷道两帮受到不断挤压,引起底板岩层破坏或失稳,由于破碎岩体之间的滑移、剪胀作用,造成DynamicCalculationaboutFloorHeaveof底板底鼓加剧。ArgillaceousSoftRockRoadway&1．2构造因素OptimizedControlling某矿区处于鄂尔多斯盆地边缘,在漫长的地质历史时WANGTian

3、gang1,LIUChong2,LILiangxiong1期,甜水堡矿区地层经历了燕山、印支等多起地质构造应力(1.No．2CoalMingofGansuWanshengMining作用,在自重应力及构造应力作用下,岩层产生变形,在岩体Co,Ltd,GansuProvence,Qingyang745713,China;内储存弹性应变能,在岩层中开挖巷道后,这些弹性应变能2.Xi’anResearchInstituteofChinaCoalTechnology就向巷道周围释放,造成巷道围岩的塑性膨胀。另一方面,&EngineeringGroupCorp,Xi’

4、an710077,China)当巷道开挖以后,围岩应力状态由三维转向二维应力。由于Abstract:Themechanicalofroadwayfloorheaveunderhigh构造引力作用,极易产生破坏而发生弹塑性变形。根据对甜stressconditionsofswellingsoftrockwasanalyzed,thedynamic水堡二矿主斜井水平地应力的测定结果,变形段最大水平主modelofcompoundfloorheaveundercomplexconditionwaspro-应力值为12．37MPa,侧压系数约为1.13。由于距地表较

5、浅,posed,thescopeofroadwayfloorplasticzoneandconstitutivee-应力场以水平主应力为主。在主斜井井筒变形严重地段,恰quationoffloorpressurewerededuced,achievedgoodeffecton好穿过DF8逆断层,底板岩层由于构造引力作用,底板岩层controllingdeformationofroadwayfloorheave.产生蠕变变形。Keywords:softrock;floorheave;dynamicanalysis;control1．3时间效应当巷道形成时间较长

6、时,会产生流变效应,巷道围岩强0前言度逐渐降低,巷道底板强度变弱,从而产生底鼓,由此可见,巷道底鼓与时间因素有很大关系,由此引入时间参数t。根软岩巷道支护一向是困扰世界煤矿开采的一大难题。在我国许多煤矿岩性具有软岩特性,其主要特征为强度较据莫尔-库仑准则有:cosφ1-sinφ低、膨胀性大和形变严重等,严重威胁矿井安全生产,对煤矿(t)+(t)σ≥-2cσ(1)3(t)t1+sinφ1+sinφ经济效益也产生较大影响。随着煤矿开采深度的日益增大,(t)(t)式中,τ为岩抗剪强度,kPa;c为粘结力,kPa;φ为内摩矿井地质条件越来越复杂,尤其是软岩地质条件下

7、巷道的变擦角,(°)。形问题,成为许多技术人员和科研院校共同面临且亟待解决依据上式,可以分析和计算某时刻力学数值,从而可进的一项重要任务。一步研究巷道底板的破坏范围和底鼓量。很显然,在时间效本文主要针对膨胀性破碎软岩巷道底鼓现象进行了较应下,巷道时间越长,底板破坏程度越严重,底鼓量也为深入的理论分析和精确的数值计算研究,建立了复杂地应[2]越大。力条件下松软巷道底鼓力学模型,提出了相应的控制围岩变2巷道底鼓力学模型收稿日期:2017-05-17作者简介:王天刚(1970-),男,宁夏银川人,硕士研究生,高级工程师,总工程师,主要从事矿山压力及通风系统可靠性方

8、面的研究根据巷道底鼓的破坏型式,力学模型如图1所示。