_深部复杂条件下泵房硐室群两强稳定型控制技术

（ 1. Zhengzhou Coal Industry Group Corporation Limited， Zhengzhou 452371， China； 2. Nanshan Mine， Xinjiang Tianfu Electric Power Corporation Limited， Shihezi 832026， China； 3. School of Mining Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， China）
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深部复杂条件下泵房硐室群围岩失稳变 形影响因素分析
根据硐室群实际地质条件和硐室群变形破环特
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工程概况
地质条件 某矿 42 采区作为矿井生产接替的重要采区 ， 服
征， 分析导致硐室群产生多种极不均匀大变形的主 要原因可能有以下 3 个方面。 1） 巷道埋深大， 力学环境复杂。 随着巷道埋深 的增加， 巷道所处力学环境更加复杂， 巷道应力水平 大幅升高， 在高水平应力作用下， 巷道围岩呈现出软 岩的特性， 表现为巷道围岩变形速度快， 累计变形量 大， 变形持续时间长等特点， 并且伴随着严重底鼓。 研究结果表明， 巷道变形量与开采深度之间存在近 似线性关系
第 43 卷第 8 期
2015 年 8月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
Vol．43
No．8
Aug． 2015
深部复杂条件下泵房硐室群两强稳定型控制技术
1 2 3 3 3 信长瑜 ， 高 飞， 宋浬永 ， 安 宇， 李亚运
（ 1. 郑州煤炭工业（ 集团） 有限责任公司， 河南 郑州
［1 ］ 区域， 构造应力增长更为显著 。在浅部低应力条件 下岩石破坏仅有少量变形， 在深部高应力作用下巷道
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引
言
深部采区泵房硐室群围岩及支护结构的稳定性 一直以来都是矿井向深部延伸的一个难题。煤矿开 采进入深部以后， 地质力学环境远比浅部复杂， 深部 岩层压力迅速增长， 尤其当巷道布置在地质构造复杂
收稿日期： 2015－03－25； 责任编辑： 杨正凯 引用格式： 信长瑜， 高
围岩常产生较大塑性变形， 甚至破裂。煤矿井下泵房 硐室群是保障矿井安全生产的关键硐室， 与一般巷道 相比普遍具有长度短， 断面大且变化多， 巷道密集布 置， 结构复杂， 服务年限长等特点， 巷道之间相互叠加
DOI： 10．13199 / j．cnki．cst．2015．08．005
452371； 2. 新疆天富电力有限责任公司 南山煤矿， 新疆 石河子 221116）
832026；
3. 中国矿业大学 矿业工程学院， 江苏 徐州
摘
探讨了采深、 断层构造、 泵房 要： 为了解决深部复杂条件下泵房硐室群围岩强烈失稳变形的问题， 硐室群特殊布置结构对硐室群围岩稳定性的影响， 在此基础上， 从加固围岩本身和提高支护承载结构 稳定性角度出发， 提出了深部复杂条件下泵房硐室群两强稳定型控制技术， 采用理论分析和数值模拟 分析了两强稳定型控制技术对围岩强化和支护承载体强化机理， 并进行了现场工业性试验， 试验结果 表明: 采用两强稳定型支护后， 泵房累计顶底板移近量 65 mm， 两帮移近量 62 mm， 巷道围岩稳定性得 到有效控制。 关键词： 深部复杂条件; 泵房硐室群; 支护参数; 围岩稳定性 中图分类号： TD353 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 2336（ 2015） 08 － 0023 － 06
［1 ］
务年限长， 为满足采区安全生产需要， 在 42 采区下 部设置专用泵房、 变电所及水仓（ 图 1） 。
， 如图 2 所示。 当巷道埋深达到 600
m 时， 巷道顶底板移近量在 1. 5 m 以上。
图1 Fig. 1
42 采区泵房硐室群平面布置
Layout of chamber group in No. 42 Mining District 图2 Fig. 2 顶底板移近量与开采深度的关系
Two strong stability control technology of pump chamber group under deep and complicated conditions
Xin Changyu 1 ， Gao Fei 2 ， Song Liyong 3 ， An Yu 3 ， Li Yayun 3
L8 灰岩岩层中。 另外， 局部段布置在 L7、 泵房处存 在 1 条落差 10 m 左右的断层， 导致硐室群顶板为滑 动构造顶板。 灰岩普氏系数为 6 ～ 10， 抗压强度较 高， 但是受断层构造影响， 岩体内节理裂隙极为发 育， 易破碎， 围岩整体性差。 1. 2 硐室群变形破坏情况 硐室群掘出后采用 U36 型钢棚支护， 加钢筋网
作者简介： 信长瑜( 1965—) ， 男， 河南郑州人， 高级工程师。 J］ ． 煤炭科学技术， 2015， 43（ 8） ： 23－28． 飞， 宋浬永， 等． 深部复杂条件下泵房硐室群两强稳定型控制技术［ Xin Changyu， Gao Fei， Song Liyong， et al．Two strong stability control technology of pump chamber group under deep and complicated conditions ［J］．Coal Science and Technology， 2015， 43（ 8） ： 23－28．
42 采区泵房硐室群 （ 以下简称硐室群 ） 实际埋 深约为 620 m， 硐室群各大部分布置在泥岩岩层中， 24
Ｒelation of roof to floor cenvergence and mining depth
信长瑜等： 深部复杂条件下泵房硐室群两强稳定型控制技术
2015 年第 8 期
Abstract ： In order to solve the serious stability lost and deformation problems of the surrounding rock along the pump chamber group under the deep and complicated conditions， the paper discussed the mining depth， fault structure， special layout structure of the pump chamber group affected to the surrounding rock stability of the chamber group．Based on the circumstances， from a view to reinforce the surrounding rock and to improve the stability of the support structure， a two strong stability control technology of the pump chamber group was provided under the deep and complicated conditions． The theoretical analysis and the numerical simulation were applied to analyze the two strong stability control technology to the enhanced mechanism of the surrounang cock and support loading mass and a site industrial trial was conducted．The trial results showed that after the two strong stability support conducted， the total convergence between the roof and floor in the pump chamber was 65 mm， the convergence of the two sidewalls was 62 mm and the stability of the roadway surrounding rock was effectively controlled． Key words： deep and complicated conditions； pump chamber group； support parameters； surrounding rock stability
2） 断层构造导致各硐室围岩条件和力学环境 复杂。由于巷道处于断层构造带， 巷道围岩十分松 散破碎， 松动圈发育范围大， 巷道围岩条件较差。在 构造应力场中， 随着水平应力的增加， 巷道围岩松动 圈呈增大趋势， 且随着水平应力与垂直应力比值的 ， 增大 巷道顶底板塑性区范围增大， 而两帮塑性区发 育范围减小， 且巷道塑性区迅速向肩部与底角扩展 ， 使其成为巷道失稳的主要位置。从硐室群变形特征 看， 大多表现为巷道顶板大幅下沉， 或出现尖顶现 象， 并且伴有严重底鼓， 巷道顶底板变形量明显大于 两帮移近量。由此可见， 硐室群经受较大构造应力 作用。 3） 硐室 群 巷 道 密 集 布 置， 尤其是吸水井的存 在， 导致硐室群自由空间大， 硐室浅部围岩多发生塑 性变形， 十分松散破碎。 硐室群巷道密集程度高。 泵房、 变电所、 水仓、 通道及配水巷、 吸水井等集中布 置， 导致巷道之间相互叠加影响。 巷道开挖是一个 围岩卸压， 释放能量的过程， 巷道开挖后， 将在浅部 围岩产生一定范围塑性区， 即通常所说的围岩松动 圈， 围岩松动圈发育范围是影响巷道支护难易的关 键因素。硐室群各硐室自身开挖后， 在浅部围岩产 生一定范围塑性区， 而由于相邻硐室距离较近， 相邻 硐室的开挖， 或者扩修工程都将导致硐室围岩松动 圈范围进一步扩大， 对围岩稳定性十分不利。 尤其 是吸水井的存在， 导致硐室群自由空间增大， 硐室浅 部围岩十分松散破碎， 在高应力作用下， 松散岩体极 易挤向自由空间， 发生强烈剪切变形。