西石门铁矿深部巷道支护参数的优化设计.pdf

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1、第12卷第2期矿业工程2014年4月MiningEngineering43西石门铁矿深部巷道支护参数的优化设计叶昀蒋仲安俞杨明祁建东(1．北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2．五矿邯邢矿业有限公司西石门铁矿，河北邯郸056303)摘要：针对西石门铁矿北采区深部巷道围岩破坏严重的情况，通过支护参数预算及正交实验设计，并采用FLAC软件进行模拟计算，最后使用灰色关联分析法对各项指标进行优化，从而得到最为经济、有效的支护方案。关键词：西石门铁矿；支护参数；FLAC。软件；正交设计；灰色关联分析法中图分类号：TD263文献

2、标识码：B文章编号：1671—8550(2014)02—0043—03／K1q0引言／S(+)(2)西石门铁矿位于河北省武安市境内，矿体总地质储量式中q——组合梁上的均布荷载，MPa；——原岩水平应力，口一Ay，MPa；——岩石抗拉强度，MPa；e——1．06亿t，已形成井下矿石生产200万t、铁精矿i00万t以上的生产能力[13。随着该铁矿资源开采不断向深部发展，组合岩层数目的系数，0．75；K——抗拉安全系数，取2北采区一i00m水平巷道地应力较大，围岩环境较差，致～3；——侧压力系数，0．5；L——巷道跨度。使巷道变形严重。

3、而原支护措施较单一，已无法满足安全——锚杆的锚固力需要，亟待改进。锚固力P(kN)计算公式：lO00~rd2fa通过对现场地质环境的调查分析，结合现有深部开采P一——-—l(3)‘4f+8⋯的支护理论与技术，对支护参数进行初步计算，拟定该巷式中——锚杆直径，m；，——锚固段岩层的硬度系道的支护方案。由于支护参数涉及到影响因素较多，有必数；口——锚杆杆体的极限抗拉强度，MPa。要采用正交实验法优化方案，再用FLAC软件对方案进——锚杆的网度计算行模拟计算。最后通过灰色关联分析法对各项指标进一步根据锚杆的锚固力应超过被悬吊岩石的重量原

4、则，锚优化分析，从而选择最为合理的支护方案。杆网度a的计算公式：1支护方式的确定及参数估算(4)1．1支护方式式中K——无因次安全系数，3～5；y——被悬吊岩石的该巷道所测得地应力较大，围岩以矽卡岩为主，伴有重力密度，kN／m；Q——锚杆的设计锚固力，kN。闪长岩及矿岩混合体，节理裂隙发育充分，透水量较大，根据该矿现有数据可对锚杆长度及网度进行预算：将L一根据检测其稳定性属于差级别。考虑到实际操作，选择采3．4m，=7．78MP，q一60MPa，代入(1)式可得出：z2一用锚喷联合支护方式，能够保持岩体固有强度，充分发挥围岩的自承

5、能力，以控制巷道围岩变形并防止岩块塌落。。。．·193X3．4／而=1·24m；将f2z的1．2锚杆参数的计算2]值代入(2)式得出锚杆长度：l=O．15+1．24+(0．3～O．5)=——锚杆长度1．69～1．89m。将Q一85KN，y5OKJ／M，代人(4)式可得锚杆长度是外露长度z、有效长度zz及锚固段长度zs广———一相加之和：出网度：n一／一0·89m。Z—Z1+Z2+Z3(1)式中z——锚杆总长度，m；z——锚杆外露长度，2支护方案的优化计算不大于0．15m；z2——锚杆有效长度，m；z。——锚杆锚2．1FLAO如建模

6、固长度，取0．3～0．5m。以北采区～100m水平联巷为研究对象进行建模，设根据本巷道组合拱支护结构，￡。的计算公式：计埋深为500m。该次模拟将巷道作为空间问题考虑，物理模型采用弹塑性模型，破坏准则采用M0hr—Coulomb模收稿日期：2013～11—01作者简介：叶昀(1988一)，男(汉族)，安徽人，北京科技大学型。该模型计算范围6O×1×570m，共划分为3740个土木与环境工程学院硕士研究生，研究方向为工矿安全工程。网格与7940个节点，使用稳定性较低的矽卡岩的数据作为44矿业工程第l2卷第2期围岩参数(如表1)。表1

7、围岩力学参数表天然密度抗拉强度抗压强度弹性模量泊松比粘聚力内摩擦角。L／g·m’0ot／MPaa／MPaE／GPa“C／MPa‘p／。矽卡2．6997．77854．4359．050．3121．7924．63该巷道支护方式为锚喷支护，其影响参数众多，根据现场支护经验，采用预应力砂浆锚杆和C20素混凝土，需图1方案3塑性变形优化的参数有锚杆的间距、长度、直径和混凝土厚度。2．2支护参数的正交设计正交试验设计方法是一种研究多因子试验问题的重要数学方法，它主要是使用正交表进行整体设计、综合比较、统计分析[{]。该次试验选择相应的3水平4因

8、素，共9组设计方案。根据方案选取参数并运用FIAC’进行模拟计算，再将各因素水平及计算结果填人正交设计表(见表2)表2支护参数正交设计表图2方案8塑性变形——锚杆的网度与长度分析。根据组合拱支护理论，锚杆在围岩中会形成相互重迭的密压区，称为“锚固层