高应力软岩巷道的变形破坏研究与支护.pdf

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1、2Q!鱼生簋!塑f望筮!!!塑)运酉蕉挝旌王撞苤高应力软岩巷道的变形破坏研究与支护■勾文利。杨乐。刘庆娜■山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛266510摘要：高应力软岩巷道的变形破坏一直是工程界难以解决的难题，从蛤蟆山煤矿副井井筒破坏形态分析，主要受到采空区应力、构造应力及深部高地压作用，各种应力的复合作用导致井筒破坏严重。采用理论计算、现场测试与数值模拟相结合的方法分析了高应力软岩巷道的变形破坏机理。通过分析表明，对于难于治理的高应力软岩巷道，为了取得不错的支护效果，在保持足够高的支护强度的条件下，保留一定的让压范围是个合理

2、的选择。关键词：井巷采空区应力构造应力变形破坏机理1工程概况蛤蟆山煤矿二井位于锦州市的西南方向。虹螺岘煤田蛤蟆山矿区的东部，距锦州市约30公里；行政区划属锦西县虹螺岘乡管辖；其地理坐标东经120。497，北纬4l002’。井简工程失修严重，已不能正常生产，主井无法升降人车，副井、副盲斜井回风断面过小使得矿车提升会出现刮碰现象。主要原因除失修外，井筒煤柱遭到破坏性开采也是造成井筒局部变形的重要原因。按照设计规范，井筒每侧留设煤柱25米，合计50米。破坏井筒煤柱主要分为两个区段：(1)副井井筒九盘超上8米。破坏范围：轴向长35米，倾斜长

3、110米，采出煤量16000吨。破坏开采的时间为2009年，所造成的危害：副井井筒严重变形，无法提升物料，不能正常生产，人员安全受到威胁，经济损失非常大。(2)副盲井筒十四盘至十三盘。破坏范围：走向长50米，倾斜长80米，采出量11760吨，破坏开采的时间为2002年一2003年。2围岩破坏分析蛤蟆山煤矿二井副井采取木支护，但由于受到高应力的作用，井筒破坏问题尤为明显。从井筒破坏的形态来分析，各种应力的复合作用加剧了井筒破坏进程。该井筒围岩属于典型的高应力软岩，在高应力长期作用下，井筒围岩由弹塑性为主的变形转变为塑性流变变形。随着围

4、岩的开裂，产生了较大的碎胀和扩容，再加上越界开采和保安煤柱的破坏，形成了斜井上方的采空区。因此，高应力软岩破坏中支护体破坏的主要原因是围岩碎胀扩容变形力的产生。副并井筒的支护形式有两种：半圆拱砌碹支护和木棚支护。尉井井筒破坏主要原因除失修外，井筒煤柱遭到破坏性开采引起应力场发生变化，从而导致井筒变形。8—9盘的过度开采使得临近斜井及盲斜井得支护结构受到严重破坏，影响了井筒的正常使用和安全。根据现场的调查研究，盲斜井围岩的破坏形式具有以下两个特点：(1)两帮变形严重，如果不及时采取修复支护，将出现大面积的垮落或滑塌；(2)底板破坏严重

5、，底臌变形大，严重影响了井筒结构的整体稳定性，不能够确保运输安全。综上，该段斜井的顶板、底板及两帮矿压显现极为严重。其不同于一般的矿压显现，还具有随着时间延续而表现出来的塑性流变性。3蛤蟆山煤矿井筒变形计算由资料可知，煤层的开采厚度为4m，采空区对周围岩层的影响范围是3—5倍的井简直径。根据公式：。(x，y，。)：导j叼。一蜡d。+j”。一掣d。：上护(。，。)。。r-一8。一目m2(y，z)可计算得到岩体内部点的下沉值。由公式：心，=赫=竿r·122·可计算岩体内部的影响半径。由公式：z。。“447半最后计算可知，可得到斜井的损坏

6、程度为128m。4运用ADlNA数值模拟分析利用ADINA对采空区进行了数值模拟分析，能更好的观测采空区对斜井的影响。根据矿井现场的实际条件，模型底边界垂直位移固定，左右边界水平方向位移固定。各岩层力学性质根据实际情况而定，本构模型选用摩尔一库仑模型。在YOz平面内由以上两个方向拟合，块体尺寸比例符合软件要求。基于ADINA模型的建立，在巷道两帮和顶底板位置找出四个点，通过这四点位移变化得到变化曲线数据。由模拟曲线分析得出顶板和底板的最大位移值分别达到120mm、80mm，左帮和右帮的最大位移值分别达到50mm、70mm，上述位移值

7、的大小及变化情况符合现场实测中巷道顶底板及两帮的数据。5高应力软岩巷遒支护对策研究近年来，国内外煤矿的支护专家、学者及众多的科技工作者，为深部地压条件下巷道支护的研究、攻关和实践付出了大量心血，在围岩控制的基础理论、巷道支护设计与工艺及施工和监测方面取得多方面的科研成果，对解决深部地压条件下巷道加固与支护问题取得了一些有益的经验，人们采用各种联合支护技术解决了一系列支护难题。然而，目前在深部高应力巷道中的支护问题仍然没有得到很好地解决，巷道支护失败的事例屡见不鲜。各种联合支护的技术本身及其适应性等问题仍不清楚，联合支护技术的实施具有

8、较大的盲目性。因此，分析总结深部地压条件下巷道支护作用机理，研究其支护的适应性及其应用技术，对解决矿区深部软岩支护问题具有重要意义。(1)深部地压条件下的巷道支护原则。在确定深部高应力巷道的支护对策时主要考虑以下原贝

9、j：①解决高应力