千米深井马头门及硐室群掘进支护技术分析.pdf

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1、2012年第3期煤矿支护17石家庄中煤杯参评论文千米深井马头门及硐室群掘进支护技术分析盛卫国曾道凯[淮南矿业集团朱集煤矿，安徽淮南232001]摘要通过数值计算对深井马头门硐室群的掘进顺序和支护方式进行分析，揭示了深井马头门及硐室群在人为因素影响下应力、位移和塑性区分布，优选了马头门及硐室群的掘进顺序和支护参数。工程实践结果表明，控制好深井马头门硐室群及其相关硐室的施工顺序与支护方式，可以有效降低施工过程对围岩扰动影响，减小破损区和硐室位移，保障马头门及其附近井壁安全。关键词硐室群施工顺序支护本文将立井井筒、马头门以及硐室群作刖肓为一个整体模型，研究复杂地质条件下深立井(900～lO00m)连

2、接硐室群围岩对施工随着我国煤矿开采深度的不断增加，地顺序、开挖与支护方式等人为因素的响应规压大、地质条件复杂、缺乏正确的理论指律，进而对硐室群施工方案和支护结构进行导、设计与施工工艺存在较大的盲目性，造优化，有效预防硐室群破坏。成马头门及其附近井壁破坏的现象时有发生，已成为矿井建设中亟待解决的重大技术1工程概况难题。立井井筒连接硐室群易发生破坏是自然因素、本身结构特点以及人为的工程因素朱集煤矿副井井筒设计净径8．2m，马等多种原因叠加造成的。国内外对井筒马头头门及硐室群位于标高一906m处，施工长门及其附近井壁的破坏研究集中在支护结构度为西马头门23m、东马头门48m，硐室群受力机理、稳定性问

3、题以及支护结构破坏后平面布置具体见图1和表1所示。的重新修复方面，及对埋深700m以上的深立井井筒连接硐室群受力机理及稳定性问题则少有研究，且少有考虑硐室群施工顺序、开挖与支护方式等人为因素对围岩稳定性的影响，研究存在较大的局限性。图1马头门硐室群及其相关硐室平面布置图表1硐室群设计参数硐室群名称断面形状开挖宽度／m开挖高度／m开挖长度／m立井圆形净径：8．20m东、西马头门直墙半圆拱形1O．858．923／48南、北操控室直墙半圆拱形53．64．5南、北液压泵站直墙半圆拱形4．53．64东、西等候室直墙半圆拱形4．63．625东、西配电室直墙半圆拱形4．63．63／5．518煤矿支护2012

4、年第3期由《朱集矿副井一906m水平井简地质柱状图》可知，该硐室群位于泥岩、粉砂岩和中砂岩等岩性中。其中硐室群顶部围岩主要为泥岩，呈浅灰杂暗红色，致密性脆，裂隙不发育，水浸破碎，泥岩的吸水膨胀、流变等特性将给施工带来极大困难。砂岩呈灰白色，裂隙较发育、富水性较强。硐室群区段水文地质条件较为简单，以砂岩裂隙水为图3硐室群模型网络划分主，因砂岩裂隙发育的不均匀性，局部砂岩整个硐室群分16步开挖(立井1步开裂隙中可能会出现小股水流。地温在38～挖、西马头门分2步开挖、东马头门分4步45。C之间。硐室群的地质情况如图2所示：开挖、其余各硐室1步开挖成型)，3种硐室层厚／标高／ml岩性群开挖方案的具体开

5、挖顺序如图4～6所示。21．56一898．25l滗岩4．35一902．60鼢砂岩图4硐室群开挖方案一图2硐星群地质情况图由上述可知，朱集矿副井与马头门周围硐室工程密集，硐室群围岩稳定性差，在设计和施工时应合理安排硐室的施工顺序并根图5硐室群开挖方案二据围岩稳定性分析、判断允许岩石暴露的面积和时问，以选择合理的掘进支护方法，减少人为因素对硐室群围岩稳定性的影响。2硐室群围岩力学响应的数值计算图6硐星群开挖方粟三对比硐室群不同开挖卸载顺序所产生的2．1数值计算模型应力分布结果、硐室塑性区范围以及硐室围建立朱集矿副井一906m水平马头门及岩位移变形情况，选择最佳的卸载顺序，从硐室群三维数值模型如图3

6、所示。模型为深而采用优化的施工方法与优化的支护措施，埋岩层，可视为整个模型处于三向等压静水以保证深埋硐室群在施工期和运营期的安全应力状态，在模型顶面施加荷载以代替上覆和稳定。岩层自重应力，荷载大小为930×2．s／loo对上述硐室群的三种开挖方案分别进行一23．3MPa。数值模拟，得到不同开挖方案下马头门顶板2．2硐室群开挖方案选择和底板围岩的竖向位移和塑性区。对比三种为研究不同施工顺序下硐室群围岩的力计算结果可知，三种不同开挖方案下围岩塑学特性，在综合考虑出渣运输布置、施工机性区范围大小基本相同，马头门顶、底板围械类型等多因素基础上，选择如下3种硐室岩竖向位移规律基本一致，三种方案的马头群开

7、挖方案，对硐室群围岩在动态开挖过程门顶板围岩最大竖向位移值分别为中的力学响应行为进行数值模拟分析。具体97．41ram、107．14mm、99．69ram，其中方方案如下：案一的竖向位移值较小，因此选择方案一为2O煤矿支护2012年第3期善混凝土抗拉性能，抵抗马头门顶部拉应力水胶比0．32及井壁竖向附加力的作用。在混凝土中加入添加剂及掺量／NF一Ⅲ／3．0佳密克丝RC一80／60一BN型钢纤维，其