【2019年整理】杨圣奇深部巷道围岩支护2013
深部煤巷帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性评价方法
深部煤巷帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性评价方法魏允伯;吴德义【摘要】选择合理方法,对深部煤层巷道帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性进行评价,具有重要的工程实用价值.选择煤岩变形等速阶段变形速度值作为评价指标,在确定深部煤层巷道帮部锚杆锚固区、锚索锚固区以及帮部煤岩变形不同区段煤岩承载力得到充分发挥时的等速阶段变形速度合理取值基础上,通过监测深部煤层巷道帮部不同区段煤岩变形随时间演化特征,分析不同区段等速阶段软弱煤岩变形速度值,并与合理值比较,来评价锚杆、锚索支护参数的合理性,进而选择合理的支护参数.在煤岩变形早期,即可判别支护合理性,并能及时进行支护参数调整,在保证安全的基础上,使支护成本最低.【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】5页(P40-43,50)【关键词】深部煤巷;帮部软弱煤岩;锚杆(索)支护;合理性评价【作者】魏允伯;吴德义【作者单位】淮北矿业集团股份有限公司,安徽淮北 235000;安徽建筑大学建筑健康监测与灾害预防国家与地方联合工程实验室,安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】TD313超过70%的深部巷道布置在煤层中,由于巷道两帮为软弱煤岩,普遍存在由于巷道帮部局部失稳而导致巷道整体失稳的现象。
因此,选择合理的支护形式,保持软弱煤岩巷道帮部稳定性,对于深部煤炭资源高效开采至关重要[1-4]。
目前,通常在巷道帮部表层一定厚度软弱煤岩中,布置预应力锚杆,形成锚杆压缩拱;在巷道帮部较大范围内,布置预应力锚索,形成锚索压缩拱(见图1)。
锚杆压缩拱与锚索压缩拱共同作用,或同时辅以金属支架棚腿等支护结构,保持帮部软弱煤岩的稳定性[5-6]。
由于深部煤层赋存条件的复杂性,目前的技术还难以完全定量确定深部煤层巷道帮部锚杆及锚索支护参数,主要依据理论分析、数值模拟、工程经验等方法,选择巷道帮部软弱煤岩锚杆及锚索支护参数,往往难以达到预期效果,支护后的深部煤层巷道帮部软弱煤岩可能仍存在“失稳”趋势[7-8]。
深井厚煤层“三硬”围岩巷道应力分布规律及数值模拟分析
( 1 .F a n g s h a n C o a l M i n e , He n a n P i n g y u C o a l &E l e c t i r c i t y C o . , L t d ; 2 .D a t u n C o a l &E l e c t i r c i t y C o . , L t d )
S e r i a l N o . 5 2 5
现
代
矿
业
J a n u a r y . 2 01 3
M0 RDE N MI NI NG
总第5 2 5 期 2 0 1 3 年 1月 第 1 期
深 井厚 煤 层“ 三硬 ” 围岩 巷 道应 力分布 规律 及数值 模 拟 分 析
何 晓 军 吴建虎 张 春萌 肖 斌 王玉 岭 李 程 飞
s h e a r i n g s t r e n g t h i n o f f s i d e o f f o u r s q u a r e o f t u n n e l wa s b i g g e s t .De f o m a r t i o n o f s u r r o u n d i n g r o c k o f t u n n e l
FL AC,a na l y s i s o f r i s k o f r o c k b u r s t d ur in g t u n n e l e x c a v a t i o n wa s d o n e,s t r e s s c o n c e n t r a t i o n f a c t o r o f v e r — t i c a l s t r e s s a n d h o iz r o n t a l s t r e s s o f s ur ro u n d i n g r o c k o f t u n n e l wa s 1 . 8 a n d 1 . 5 6 u n d e r s u c h c o n d i t i o ns ,
为深部地下工程的稳定与安全保驾护航
为深部地下工程的稳定与安全保驾护航作者:肖贞林来源:《科学中国人》2016年第11期杨圣奇,中国矿业大学岩石力学与工程研究所副所长、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室主任助理。
1978年12月生,江苏盐城人,教授,博士生导师。
河海大学水利工程与中国矿业大学土木工程学科两站出站博士后。
主要从事深部岩石力学与地下工程的研究工作。
研究成果在国内外期刊上共发表学术论文近120余篇,其中43篇被SCI收录,50篇被EI收录,论文被他引1500余次(其中被SCI他引200余次)。
在国际权威出版社Springer出版英文专著1部,出版中文专著1部;获得5项国家授权发明专利。
荣获江苏省杰出青年基金(2015)、澳大利亚研究学者奋进奖学金(2014)、孙越崎青年科技奖(2014)、中国岩石力学与工程学会第七届青年科技奖(2012)、教育部科学技术进步奖二等奖(2011)、教育部自然科学一等奖(2015)等奖励。
专家简介:深部地层高应力高渗透复杂地质环境,使得岩石失稳诱发的地下工程岩体灾害异常频繁。
因此阐明深部岩石裂纹演化行为与变形损伤机理是控制这一地质灾害发生的关键科学问题。
中国矿业大学杨圣奇教授长期潜心于这一科学问题的研究工作,探索岩石变形破坏机理,为人类更好地利用地下空间并保障地下工程围岩的稳定与安全贡献自己的力量。
不畏艰难,探索岩石力学领域1978年12月出生的杨圣奇于1996年考入河南理工大学(原焦作工学院)矿井建设专业,开始了岩石力学及矿山地下工程的学习。
艰苦的专业磨砺了他的意志,坚韧了他的品格。
2000年本科毕业后,他又以优异的成绩考入本校工程力学专业攻读硕士研究生,3年的硕士阶段为他进一步探索岩石力学领域奠定了坚实的理论基础。
2002年12月,他又通过自己的努力,提前半年考入河海大学岩土工程专业攻读博士学位,3年博士期间的锻炼拓宽了他的学术视野,提升了他的学术水平,他撰写的关于岩石流变力学试验与理论研究的博士学位论文,获得了包括中国科学院孙钧等3位院士在内的7位同行专家的高度评价,并得到以中国工程院王思敬院士作为专家组长的答辩委员会的一致认可,以优秀的成绩通过了博士学位论文的答辩。
深部硬岩巷道围岩锚杆支护参数优化与设计
ISSN 1671-2900 采矿技术 第20卷 第4期 2020年7月CN 43-1347/TD Mining Technology,Vol.20,No.4 Jul. 2020深部硬岩巷道围岩锚杆支护参数优化与设计*李嘉豪1,廖 泽2,陈延可1(1.江西工业工程职业技术学院能源工程学院,江西萍乡市 337000;2.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭市 411201)摘要:深部硬岩巷道处于高应力条件下,部分矿井巷道围岩岩体本身强度较高、巷道围岩较为稳定、围岩变形量很小,而且受动压影响小,支护方案存在过度支护的问题。
以江西某煤矿−900 m水平深部硬岩胶带石门巷道为研究背景,通过数值模拟分析以及现场工程实践等研究方法对其原支护方案进行设计优化,现场施工监测结果表明,优化后的支护方案能较好地维护巷道的长期稳定,支护强度合理,取得了较好的支护效果,满足了现场生产需要。
关键词:深部开采;硬岩巷道;巷道支护;优化设计0 引 言巷道的安全稳定是保证煤矿安全高效生产的基础,然而,随着巷道埋深的逐步增加,巷道断面不断加大,地质赋存条件越来越复杂,支护方式单一以及沿用传统的支护方案,导致现有的一些矿山存在支护不足和过度支护等问题,因此,巷道围岩的设计支护方案必须不断改进与优化,从而保障巷道围岩稳定,保证煤矿安全生产持续进行。
何满朝等[1]以旗山矿−1000 m联络大巷为研究背景,针对该巷道围岩的变形破坏特点,并利用数值模拟对提出的支护方案进行设计优化,有效地控制了巷道的变形破坏。
高谦等[2]以阳泉矿区一次动压巷道为研究背景,针对该矿的备选支护方案进行多次数值模拟,以此为基础采用灰色理论进行最优方案关联度分析,由此获得最佳支护方案,并成功应用于该巷道的支护。
王卫军等[3]以梅田六矿的软岩巷道变形机制为基础,针对性地提出“锚喷加竹条网”支护方案,同时根据现场的观测反馈,优化了支护的参数,取得了较好的支护效果。
深部极软岩回采巷道围岩变形的控制
3.1 巷道矿压观测3.1.1 巷道表面位移测站的布置根据该煤矿的具体情况,布置4个测站,具体如图2所示,在两顺槽内距离切眼30m 处布置第一个测站,60m 处布置第二个测站,100m 处布置第三个测站,200m 处布置第四个测站,每个测站布置1个测面。
3.1.2 表面位移测点布置及安设在每个测面的顶、底板和两帮的中部各布置1个测点。
采用“十字布点法”进行布置测点,每个测面中测点的设置如图3所示。
1 1316回采巷道围岩概况某煤矿1316回采巷道埋深在600~750m 之间,位于某向斜的轴部附近,残余构造应力有一定的影响;而岩石强度特低,且泥砂化现象比较严重,属于极软岩层。
且受高垂直和水平方向应力影响,对于围岩变形的控制极其困难,为国内外罕见。
2 极软岩回采巷道围岩变形控制策略我们在分析目前回采巷道围岩的各种控制,总结该煤矿现有的各种支护基础上,提出了高强全锚索支护控制顶板、两帮及底角锚杆支护的非均匀围岩控制策略。
回采巷道布置的锚杆、锚索支护如下图1。
(1)高强全锚索顶板支护每排7根支护的锚索(规格为2φs18.9),间排距800mm×800mm ;再采用2根锚索(规格为2φs18.9)加强进行补强,间距1600mm,排距2400mm。
(2)两帮及底角锚杆支护两帮各采用锚杆d=22mm,l=2500mm 的高强左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆2根,间排距800mm×800mm。
两底角各距两帮300mm、倾角30°打底锚杆。
从两帮底角距底板200mm、倾角20°打角锚杆,必要时在巷道底板中部辅以卸压切缝。
图1 回采巷道锚杆、锚索支护布置图3 回采巷道矿压实测内容及观测方法通过在巷道表面布设测站,观测巷道顶板下沉量、底鼓量、两帮的收敛量;通过向巷道周围岩体安装多点位移计观测深部围岩位移量;通过钻孔窥视仪器,观测巷道围岩破碎情况。
深部极软岩回采巷道围岩变形的控制徐建春(江苏安全技术职业学院, 江苏 徐州 221011)摘要:本文通过对某煤矿深部极软岩回采巷道围岩变形情况,提出了两帮适当强度支护、底角高强锚杆支护控制底鼓、高强全锚索支护控制顶板的非均匀围岩控制策略,实际运行取得了较好的效果。
深埋藏复杂应力下相交巷道围岩控制技术
深埋藏复杂应力下相交巷道围岩控制技术邓俊禹; 王子君【期刊名称】《《煤矿安全》》【年(卷),期】2019(050)012【总页数】4页(P81-84)【作者】邓俊禹; 王子君【作者单位】辽宁石油化工大学矿业工程学院辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TD353随着矿山开采深度的不断增加, 巷道围岩应力状态逐渐恶化,复杂的高地应力与多重动荷载的作用,使采区巷道同一断面内不同位置处变形量差异较大,巷道维护困难[1-3]。
国内许多学者在巷道支护技术方面进行了深入的研究。
燕晓东等[4]对相交巷道不同夹角下巷道开挖后交叉位置处岩柱的侧压系数及围岩强度等问题展开讨论;陈士海等[5]对深部群巷道交叉段跨采超前加固支护进行了研究;曹日红等[6-7]分析了不同交叉情况下的巷道围岩变形规律,引入了同时考虑压剪破坏和拉伸破坏的单元安全计算方法来分析交叉段围岩的安全状况;何富连等[8]分析大断面空间近距交叉巷道支护问题中的应力分布特点,同时对不同支护方案进行比较。
上述成果主要针对相交巷道或近似相交巷道的应力分布及变形规律的研究,但目前没有对深部受到采动和相交巷道二次扩刷影响下巷道围岩支护方式的深入探讨。
为此针对四通煤业五采区联络巷提出可行巷道支护方案。
1 工程背景五采区变电所位于采区联络巷内,联络巷位置如图1。
联络巷沿2#煤中分层顶板布置,巷道底板距地面780 m。
联络巷初期设计为矩形断面,宽为4.0 m,高为3.0 m,使用“锚杆锚索+金属网”联合支护。
受到停采与扩刷的影响,五采区辅助运输上山变形急剧增大,顶帮围岩破碎,顶板成拱形沉降最大1.0 m,两帮最大引进量为1.0 m,底鼓为0.2 m。
采用排距为0.8 m 的工字钢支架加强支护后,仍未改善,需翻修加固。
图1 联络巷平面位置图2 巷道变形机理根据现场实际情况,四通煤业五采区巷道变形主要受到巷道埋深、采动和巷道支护方式3 方面的影响。
2.1 埋深影响对埋深越大的煤层,煤岩巷道的支护难度越大。
深部巷道大围岩应力下煤仓施工技术研究
深部巷道大围岩应力下煤仓施工技术研究随着煤矿开采深度的不断加深,深部巷道支护困难已经成为阻碍矿井生产建设的一大难题,尤其是施工深部煤仓及硐室,因为煤仓及硐室这些工程要求的支护强度较一般巷道要强,工程建设好后,使用寿命较长,正确的施工方法及支护结构的选择将对支护强度起到决定性作用,通过小反井导硐、注浆及钢筋混凝土支护,减少了对周边围岩的破坏程度,增加了支护强度,合理的支护方式及施工方案的选择将对施工过程中的质量及安全,甚至是在以后使用过程中的变形维修工作量起到决定性作用,同时,复合支护增加了支护强度,提高了巷道使用寿命。
标签:煤仓施工混凝土浇筑反井导硐刷帮锚网喷支护1 概况31采区煤仓位于八矿南翼地区,标高在-531.2~-516.1之间。
31采区煤仓中心位于3105运煤上山中心向北偏移2000mm与-520辅助水平大巷中心向左帮偏移1710mm交叉点处。
仓体为圆柱形,上、下锁口为圆变断面,仓体净Φ5m,上锁口Φ3m,下锁口Φ1m,煤仓垂深11.3m。
2 煤仓施工方案当煤仓开始施工前,由地测科负责把煤仓上口和下口的煤仓中心线标出,以后施工时,验收员按照地测科给出的中心线引入,画出煤仓开挖轮廓线,然后掘进作业。
2.1 施工方案①首先采用反井钻机在煤仓上口从上往下钻一个Φ300mm大小的导向孔,然后再从下而上用大钻头扩刷成一个Φ1200m的流矸孔。
②采取爆破及风镐、手镐刷帮方法,从上往下开始利用光面爆破法扩刷至设计尺寸,扩刷至设计尺寸后进行锚网喷支护,锚网喷支护后进行钢筋绑扎,最后立模浇筑混凝土。
破岩时采用反井钻机钻一个直径为1.2m的流矸孔出矸。
扩刷时采用“三八”工作制,两班扩刷,一班锚喷。
③从上向下施工至距下锁口3m时,开始对下部巷道进行扩修,扩修至设计断面,锚网喷支护并安装工字钢,下部扩修结束后再进行锁口施工。
2.2 施工方法及步骤①扩刷帮、临时支护。
从上往下进行刷帮,采用一炮一支护(即刷帮一炮1m左右,巷道刷至设计尺寸后,按规定700mm×700mm间排距打锚杆、挂网,再喷射混凝土临时支护)。
深井软岩巷道顶板深部围岩矿压规律及对策
深井软岩巷道顶板深部围岩矿压规律及对策赵春洲;胡颂伟【摘要】随着矿井开采深度增加,软岩巷道变形加快,维修费用增加,制约着矿井的高产高效生产.结合某矿1203工作面运输顺槽底板瓦斯抽排巷地质条件,对深井软岩巷道顶板深部围岩矿压进行了观测,观测内容包括深部围岩位移和分区破坏情况.在对实测数据分析的基础之上,得出巷道顶板深部围岩位移演化规律和分区破坏规律.通过对观测成果进行分析,提出了巷道掘进和支护对策,要求改变现有的巷道支护方案并提高施工队伍素质与水平.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2011(035)010【总页数】4页(P38-41)【关键词】深井;软岩巷道;顶板深部围岩;矿压规律【作者】赵春洲;胡颂伟【作者单位】潞安矿业集团李村煤矿,山西长治046100;重庆理工大学材料与科学工程学院,重庆400054【正文语种】中文【中图分类】TD326随着煤炭开采规模扩大和机械化水平提高,生产矿井加速了向深部发展。
在深部开采过程中,矿井采场与巷道矿压显现日渐剧烈,瓦斯涌出量增加,冲击地压、煤与瓦斯突出危险加大,通风、提升和勘探困难,开采条件恶化,生产技术效果和经济效益明显下降,给煤矿生产带来诸多困难。
特别是深井软岩巷道支护问题,严重困扰着煤炭企业。
进行深井软岩巷道顶板深部围岩矿压规律研究与控制既是某些矿区和矿井面临的问题,也是我国煤炭工业长远发展的保障。
为此,多数学者曾对深井软岩巷道支护进行了研究并取得了一些成果[1-6]。
本文以某矿开采地质条件为工程点,对深井软岩巷道顶板深部围岩位移变形规律进行了现场观测,在对观测数据分析的基础之上,得出了其变形规律,据此提出了有效的支护对策,保证了矿井安全生产。
某矿1203工作面运输顺槽底板瓦斯抽排巷设计标高-855~-927 m,设计长度1 767.6 m,开口位于东翼13-1煤层底板回风大巷(北)内,距HE33点向东16.3 m处为底抽巷拨门中施工。
拨门后依次按+3‰坡度施工57.6 m;24°下山施工179.675 m(平距);+3‰坡度施工30 m;2°上山施工736.575 m;-3‰坡度施工30 m;1°下山施工733.750 m。
杨营煤矿巷道围岩强度及支护等级研究
杨营煤矿巷道围岩强度及支护等级研究马齐;李廷春;贾绪路【摘要】通过采取两步分类法对巷道围岩强度进行定量、系统的划分,提出巷道围岩的强度等级划分标准,进而提出相应的支护等级划分标准和具体支护方案,形成了一套适用于杨营煤矿的巷道围岩稳定性评价与控制技术体系.并通过具体工程实例验证了该技术的有效性,达到保障矿井安全,优化支护效果的目的.【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2017(043)008【总页数】4页(P5-8)【关键词】巷道;围岩;强度等级;支护等级【作者】马齐;李廷春;贾绪路【作者单位】山东科技大学土木工程与建筑学院,山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛 266590;山东科技大学土木工程与建筑学院,山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛 266590;山东管理学院济南 250357【正文语种】中文巷道围岩应力分布较复杂,若支护不合理,极易引起冒顶片帮等事故。
为了更准确地评价巷道围岩稳定性和指导支护方案,有必要对巷道围岩强度等级进行划分。
不少专家学者提出了许多相应的分类方法。
刘年平等[1]研究了煤巷围岩分类的Fisher判别分析法,通过判别函数和模型实测验证了该方法的有效性;吴鑫等[2]提出基于顶板风化程度及塑性破坏深度的围岩综合分类法,并对塑性区半径进行了分类和补正;郭亚奔等[3]研究了巷道岩体质量分类的距离判别方法,通过建立判别函数和围岩实测数据验证了该方法的可行性;史秀志等[4]建立了工程岩体质量等级判别的未确知均值聚类法,为巷道围岩稳定性研究提供了一种新思路。
在实际工程应用中,由于巷道围岩种类、岩性、埋深及应力分布等具有较大差异,使得上述围岩强度划分方法虽具有一定的指导性,但并不完善。
并且上述方法没有在围岩稳定性分类的基础上进一步形成相应的具体支护等级体系。
本文以杨营煤矿3100扩区回风下山为工程背景,综合考虑岩体基本质量指标、岩石质量指标及软化系数等因素,采取两步分类法对巷道围岩强度进行定量、系统的划分。
深部巷道围岩控制支护优化研究
某矿工作面回采巷道在布置时,设计采用瓦斯抽放巷(回 风巷)、主运巷、回风巷,这两条回风巷在实际使用过程中均处 于采动影响之下。现场工程实践表明,在一次采动之后,两条 回风巷总体变形较小,处于总体可控的范围内。但在二次采动 期间,整体表现出强烈的变形,特别是巷道底鼓量较大,顶板下 沉严重,出现了大面积的冒顶问题,给煤矿安全高效生产带来 了较大的威胁。具体的岩层柱状图见图 1所示。
96
技术与市场 2019年第26卷第10期
技术应用
对性的强化对巷道顶板、底板的支护。
图 3 顶板不均匀下沉情况较为严重 巷道返修支护对策
针对巷道出现的较大变形破坏问题,本次返修设计采用复 合型的返修支护措施。具体如下。 3.1 超前支护设计
杨圣奇深部巷道围岩支护2019-精选文档
二、巷道围岩变形破坏原因分析
料石碹支护严重底臌
二、巷道围岩变形破坏原因分析 (3)锚网支护
锚网支护,大变形尖顶(焦作)
顶板下沉
两帮内挤
底臌
二、巷道围岩变形破坏原因分析
单一锚网支护,底不处理,不重视水 (甘肃华亭煤矿)
二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道变形破坏现象:
顶板下沉,冒顶;
国外:
德国2019年平均采 深1300m,最大采深 1500m; 超过1000m的国家: 俄罗斯 英国 波兰 日本 比利时等。
一、深部开采研究现状
深部开采的工程特点:
地应力高(自重应力>约20MPa)
--强度增加,脆延性转化特征
温度高 (矿山一般30-400C, 个别达520C, 最高达700C) 渗透压(>约7MPa) 强动压 较强的时间效应(强流变)
国内:(无明确标准)
浅矿井 中深矿井 深矿井 特深矿井 采深 < 400m 400-800m 800-1200m 1200m
一、深部开采研究现状
目前国有重点煤矿中采深大于 800m 的矿 井有多处,以每年 25m的速度递增。
国内:
沈阳采屯矿1197m; 浙江长广集团1000m; 新汶孙村矿1055m; 北票冠山矿1059m; 徐州张小楼矿1100m; 开滦赵各庄矿1159m; 北京门头沟1008m。
其中1000m以下的煤炭储量2.95万亿吨,约占总储量的53%
储 12000 量 10000
亿 t
8000 6000 4000 2000 0
14000
<600m
1000-1500m
德国鲁尔矿区在1100m下开采,巷 道宽6m,煤层厚1.9m。底板在24 小时内臌起0.8m,煤层移出0.5m。
深部巷道围岩力学特征及其稳定性控制
882
煤 炭 学 报
2009年第 34卷
1 工程背景
淮南望峰岗煤矿 - 817 m 水平北翼轨道石门 , 岩层以泥岩 、砂质泥岩 、细砂岩为主. 巷道断面形状为 直墙半圆拱 , 掘进的宽度及高度分别为 5 700及 4 750 mm. 根据对 - 817 m 水平地应力测试结果 , 该区最 大水平主应力值为 20133 M Pa, 方位角为 35114°, 铅直应力为 1712 M Pa, 侧压系数约为 1112, 应力场以 水平应力为主 [ 6 ] .
形成近似半径为 415 m 的圆形塑性
区. 在掘进工作面后方大于 5 m 的
图 3 巷道开挖后围岩破坏区及其发展变化
巷道 , 帮部的塑性区范围不再扩大 ,
Fig13 Failure zones and its evolution of surrounding rock after the roadway drived 但顶 、底板塑性区范围仍继续扩大 ,
最终顶板塑性区范围达到 515 m , 底板围岩塑性区范围可以达到底板以下 615 m.
213 巷道围岩位移场变化特征
图 4为巷道沿掘进方向的位移矢量 , 由图 4可见 , 在掘进工作面到其后方 5 m 范围内 , 顶 、底板变形
迅速发展 , 相对移近量较大. 在掘进工作面后方 5~10 m 内 , 相对移近量增加速度变缓. 在掘进工作面后
M echan ica l character istics and stab ility con trol of rock roadway surround ing rock in deep m ine
CHANG Ju2cai, X IE Guang2xiang
( The Key Laboratory of Safe and H igh2efficiency M ining of M inistry of Education, A nhui U niversity of Science and Technology, Huainan 232001, China)
深部地下巷道围岩结构监测信息化技术研究
LU Nannan1 , CHEN Yongheng2 , MA Zhanguo2 , SUN Yanjing1,3 , JING Hongwen2 (1. School of Information and Control Engineering, China University of Mining and Technology,
技术,
了
下
监测信
息化面临的受限环境下传感节点供能、异构传感设备统一交互、时延敏感网络数据传输等挑战%
关键词:深部地下;巷道围岩;围岩稳定性;围岩监测;结构监测;信息化;多源多场监测;数据感知
中图分类号:TD32
文献标志码:A
Research on informatization technology for roadway surrounding rock structure monitoring in deep underground
断围岩结构变形状态。针对上述问题,基于对钻屑法、岩饼法、应力测量法、围岩变形监测法、电磁辐射法、声
发射法、微震监测法、震动层析成像法等现有深部地下巷道围岩监测技术的分析,提出了采用深部地下巷道
围岩结构监测信息化技术构建多源、多场的深部地下巷道围岩结构监测体系的设想,从数据感知、采集、传
十矿巷道支护效果评价及下一轮接替巷道支护设计汇报材料
十矿现有巷道支护效果评价及下一轮接替巷道支护设计汇报材料平煤股份十矿2013年12月平煤股份十矿目前有二个开采水平,一个在建水平。
目前我矿巷道支护主要采用以下几种形式。
金属支架。
可缩性金属支架(U29和U36)和金梯支架。
金属支架主要使用在煤层岩柱较小、局部压力较大的巷道中,同时根据巷道地质条件不同采用不同的金属支护。
下分层巷道施工中,在满足巷道支护要求的情况下较多采用U29复新型钢,以降低材料消费提升经济效益。
例如戊9-23070机、风巷(岩柱情况如下图)工作面标高为-240m~-325m,上分层已经开采完毕,巷道围岩压力得到有效释放,采用4.38×2.83mU29复新型钢,由于巷道围岩压力小,巷道变形量较小,满足生产需求。
在煤柱及深部岩层中施工时,由于巷道应力集中、帮顶压力较大,均采用U36型钢支护,控制巷道围岩变形、巷道位移得到有效控制。
戊9-23070机巷柱状图锚喷支护。
锚喷支护包括锚网索、锚网索喷、锚网带喷等支护形式。
在巷道煤层顶板岩层厚度大于5m的情况下均采用锚网索支护,同时设置顶板离层仪,加强顶板位移观测。
采用锚喷支护能够主动加强顶板岩石稳定性,提高单进水平,同时为后期高效采煤创造便利条件。
在井下标高-240m水平,由于埋深浅、围岩压力小,顶板采用KMG335左旋锚杆配合Φ17.8mm普通鸟巢预应力锚索,帮部采用Φ20mm普通树脂锚杆,如丁6-23120机巷位于二水平丁三采区,工作面标高在-140m~180m之间,巷道采用断面为4.4×2.6m锚网索支护,顶板采用Φ20×2000mmKMG335左旋锚杆配合Φ17.8×6000mm普通鸟巢预应力锚索,帮部采用Φ20×2000mm普通树脂锚杆,能够有效控制巷道收敛;戊0-31060采面位于三水平戊一采区西翼中部(柱状图如下),工作面标高在-412m~-475m之间,顶板为块状深灰色泥岩,戊10顶板厚度0.7m~3.4m平均厚度1.5m,底板为灰及深灰色泥岩、下部具鲕状构造、含植物化石碎块。
淮南矿区深部岩巷典型围岩参数反分析研究
淮南矿区深部岩巷典型围岩参数反分析研究高玮;刘泉声【摘要】基于典型巷道的表面收敛位移,通过进化神经网络方法进行了淮南矿区典型围岩类型的物性参数反分析研究.采用反分析得到的参数,通过数值正分析得到了和实测基本吻合的深部位移结果.表明通过反分析研究,基本得到了反映典型围岩类型的物性参数.【期刊名称】《沈阳大学学报》【年(卷),期】2013(025)001【总页数】8页(P58-64,68)【关键词】淮南矿区;深部巷道;进化神经网络;反分析;围岩参数【作者】高玮;刘泉声【作者单位】武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TD325从20世纪末本世纪初开始,淮南矿区主要矿井相继开拓延伸到-700m 以深的深部.据2001年底的调查,当时新庄孜矿开拓延伸的深度已达到-812 m;谢桥矿达到-720 m;谢一矿达到-780m;潘三矿达到-812m;望峰岗矿达到-817m.可见,全矿区已整体进入了深部开采阶段[1].进入深部开采后,由于岩石所处环境的变化,深部岩石巷道出现了一些不同于浅部的特征[2-3],主要有:由于地应力升高,围岩内赋存的高地应力与其本身低强度之间的矛盾更加突出,巷道开挖后二次应力场引起的高度应力集中导致近表围岩受到的压剪应力超过围岩强度,围岩很快由表及里进入破裂碎胀和塑性扩容状态,极易出现大变形而整体失稳;随着采深的增加,地下水渗透压力相应增大,巷道开挖后近表围岩内孔隙水压力大幅降低,导致巷道近场围岩有效应力增大,致使围岩应力进一步超过岩体强度,从而加剧近表围岩的破坏失稳;随着开拓深度的增加,地温升高,巷道开挖后,由于通风在距离巷道表面一定深度围岩内产生较大的温度梯度和附加应力,使围岩产生离层,对围岩破裂扩展带来不可忽视的影响.但是实际工程中由于没有认识到深部巷道围岩与浅部巷道围岩在变形破坏上的根本差异,对深部巷道围岩的变形破裂机理缺乏深入认识,因此,尽管已经进入深部开采阶段,但整个矿区深部岩巷仍然普遍采用的浅部岩巷中的主要支护形式.由于这种认识上的不足,很多矿井的巷道一个月左右即出现严重大变形破坏而失稳,其主要表现为,由于两帮收敛变形过大而导致锚杆拉断、喷层严重折断破裂或U 形钢支架严重扭曲变形,巷道出现不同程度的底臌,底臌严重地段的底板隆起变形量达到1~2m.由于巷道接连不断的失稳破坏,各矿不得不投入大量精力进行巷道翻修,使得矿井生产运输受到严重影响、巷道维护成本大大增加,严重制约了整个矿区煤炭生产,降低了经济效益.为了从根本上解决淮南矿区深部岩巷的支护和围岩稳定控制的难题,清除煤炭生产运输的主要障碍,淮南矿业集团委托多家单位开展了系统的理论研究和技术攻关,试图找到深部岩巷围岩破坏的机理.进行围岩破坏机理的研究,围岩参数的确定是一个关键的问题,为了解决这个问题,本文基于现场试验中的大量位移实测资料,采用进化神经网络进行了典型围岩参数的反分析研究,试图为围岩破坏机理的研究提供必要的参数.1 反分析方法简介从系统论的观点看,工程反分析问题实质为一个逆系统的辨识问题[4].其具体阐述为,在正分析中,已知系统的输入,求其输出;而在反分析中,已知系统的输出或部分输出,求其对应的输入.相对于正分析的运行系统,反分析所求解的为系统的逆模型.系统逆模型的辨识可形象地由图1所示.图1 系统逆模型的辨识Fig.1 Identification of system inverse model定义逆系统辨识就是求,使误差e(k)在某一误差准则下最小.对于上式,如果可得到显式的解析表达式,则可采用矩阵求逆等方法解决此问题.这也就是传统的逆反分析的求解思路.而实际上,对于地下工程问题来说,由于其监测位移同围岩物性参数等间的关系非常复杂,根本不可能写出其显式解析表达,再加上监测位移一般均存在量测误差噪声,这更使得二者间的关系复杂化.因此,对于地下工程问题,采用矩阵求逆等方法是行不通的.可以设想如果能找到黑箱式模型来表达z(k)→^μ(k)的关系,那么这个问题也就解决了.由此可以发现,神经网络模型恰好是这样一种黑箱式模型,它可以仅由一些已知样本来反映整个系统的模型.为了克服传统神经网络存在的难以克服的很多困难,这里采用进化神经网络进行研究.神经网络的训练样本是网络训练成功的关键问题.样本的获取是建立神经网络模型的首要一步.因此,如何获取逆反分析神经网络模型的训练样本是我们要做的首要工作.由于反分析实质为一个逆系统的辨识问题,因此,关于神经网络样本的获取我们应该可以从系统辨识理论的描述中得到启发.系统控制论中,逆系统辨识的过程可用图2来描述.由图2可见,逆系统辨识问题同系统正问题的计算可以是一个闭环系统.因此,逆系统辨识所需的信息可以来自系统正问题的计算结果.可见,逆反分析神经网络模型的样本很明显可以来自其正分析的计算结果.图2 逆系统辨识过程示意图Fig.2 Process of inverse system identification理论分析可以知道要想得到一个逼近及泛化能力均较强的神经网络模型,网络训练样本的典型代表性是一个关键的问题,这就涉及到样本的质量及数量的问题.由于地下工程反分析神经网络模型的训练样本要依赖于相应的正问题的数值计算,而地下工程正问题数值计算是一个很耗时的过程,因而,对实际应用来说,样本的数量应越少越好.而同时样本的质量是网络训练成功的重要因素.因此,理想的情况就是样本的数量尽量少而其质量尽量高.把这种要求同地下工程神经网络反分析样本获取的正分析计算结合起来,则问题转化为在待反演参数的取值空间中选取代表点的问题.很显然,此问题就是一个实验设计问题,即如何选取实验范围(因素空间)中的代表点.正交试验设计法是一种科学地安排与分析因素试验的方法.它依据正交性原则来挑选试验空间中的代表点.这种方法能大大减少试验次数,并具有“均衡分散性”及“整齐可比性”.因此,进化神经网络的训练样本集采用正交试验设计法进行选取. 为了得到尽可能好的反分析效果,这里采用一种新的进化神经网络模型.该模型融合了免疫进化规划及传统BP 神经网络的优点,实现了效率和效果的最佳结合,该进化神经网络的基本流程见图3.具体方法为,根据工程逆反分析的要求,进化神经网络逆反分析的目的就是由预先得到的位移同参数关系的样本集对进化神经网络进行训练最终得到反映位移同参数间的复杂映射关系的最佳神经网络结构及其连接权值,则此神经网络模型就反映了位移同参数间的复杂非线性关系.具体反分析时,把现场观测位移输入该神经网络模型,则会得到其相应的参数输出.图3 进化神经网络的流程图Fig.3 Flow chart of evolutionary neural network2 深部岩巷围岩力学参数反演研究为了对深部岩巷围岩稳定性进行分析研究,首先必须对各种类型围岩体的物理力学性质进行研究.这里以淮南矿区两个典型矿井谢一矿和谢桥矿的试验巷道[5]为例,基于现场位移观测结果对围岩的物理力学参数进行反演分析研究.由于反分析计算需要比较完善的现场监测位移资料,为了使本次反分析研究的结果更具有代表性,考虑现场的监测结果,本次研究选取收敛位移断面进行参数反分析,采用多点位移计监测结果进行验证.2.1 Ⅲ类围岩典型巷道围岩参数反分析谢一矿-780mCS13底板运输巷的围岩稳定性在淮南矿区深部岩巷中具有代表性,属于中等偏差类型,应确定为Ⅲ类围岩.该巷道距地面800m 左右,岩性主要为中细砂岩、灰岩,其完整性较好.巷道断面的位移监测布置见图4所示,其中,收敛监测点布置为左右帮的多点空外端,上下为上多点孔外端和底板正中心.图4 监测断面布置示意图Fig.4 Layout of monitoring sections其收敛监测数据如表1所示.通过多点位移计监测得到的深部位移结果如图5所示. 表1 谢一矿-780m底板运输巷收敛位移监测结果Table 1 Monitoring convergence displacements of-780mfloor roadway in Xieyi coal mine图5 谢一矿-780m底板运输巷深部位移监测结果Fig.5 Deep displacements of -780mfloor roadway in Xieyi coal mine为了确定巷道围岩的力学参数,研究中对4个力学参数岩体弹性模量E、泊松比μ、内聚力C、内摩擦角φ 全部进行反演确定.计算中取地应力值为现场实测值,具体数值为水平应力19.5MPa,垂直应力13.2MPa.有限元计算模型见图6.模型边界条件为,上下为竖向约束,两侧为水平向约束.考虑到巷道断面尺寸为高2m,宽2.5 m的实际情况,模型计算区域为,巷道上下影响范围各为20m,左右影响范围各30m.图6 围岩参数反分析计算模型Fig.6 Computation model of parameters back analysis根据位移反分析计算的要求,先确定出各反演参数的计算范围,根据实测结果及工程经验,4个参数的计算搜索范围如下:要进行反分析,首先应进行网络训练样本集的组织.这里以测线位移水平收敛及顶底板收敛作为输入,以物性参数弹性模量E、泊松比μ、内聚力C、内摩擦角φ 作为输出组成进化神经网络的训练样本集.按照前面的分析,进化神经网络的样本集采用正交试验设计的方法进行组织.为此,首先将4个物性参数的试验水平设计为表2所示.表2 反演参数的试验设计水平Table 2 The level of experimental design for parameters back analysis根据试验因素及水平的数目,这里采用L25(56)正交表进行有限元正分析计算的参数组合,表3给出以此设计的有限元正分析计算的参数组合.表3 有限元正分析计算参数组合表Table 3 Parameter combinations for FEM computation按照表3所列各参数的组合进行有限元正分析计算得到2 个测线的模拟计算位移值如表4所示.表4 测点的模拟计算位移结果Table 4 Computing displacements of measuring points以表4所列水平收敛和顶底板收敛作为进化神经网络的输入,以其对应的参数组合(E、μ、C、φ)作为网络输出组成网络的训练样本对进化神经网络进行训练.进化训练中,各算法的参数取值依次为,神经网络的输入节点数为2,输出节点数为4,隐层节点的取值范围为(1~30),连接权值的初始取值为(-1.0~1.0).进化算法的群体规模为150,进化代数阈值为200,同时限定最佳个体的最优误差为10-5.把表3、表4中的25组位移-物性参数样本代入进化神经网络算法进行训练,最终在误差0.007 1的情况下,得到结构为2-4-4的神经网络能很好地实现上述样本所代表的映射,并具有良好的泛化预测能力.采用该网络进行围岩参数反分析计算,把收敛监测位移45.7和78.4作为网络两个输入量输入网络进行计算,可以得到4个输出结果,即对应于收敛监测位移的4个围岩参数,其结果整理如表5所示.表5 围岩参数反分析结果Table 5 Back analysis results of surrounding rock parameters为了验证反分析的计算结果,把表5中参量代入有限元模型进行计算,并与多点位移计的量测结果进行比较,其结果如表6和表7所示.表6 帮部位移监测与计算结果对比Table 6 Comparision of computing displacements and measuring displacements on side表7 顶部位移监测与计算结果对比Table 7 Comparision of computing displacements and measuring displacements on top由表7可见,计算结果和监测结果的误差在10%以内,说明本次计算的反分析结果良好,基本得到了反映巷道围岩特性的物性参数.2.2 Ⅱ类围岩典型巷道围岩参数反分析谢桥矿-720m 水平轨道石门的围岩稳定性在淮南矿区深部岩巷中也具有代表性,该巷道围岩岩性以粉砂岩、粉细砂岩、中细砂岩为主,有薄层泥岩、砂质泥岩等组成,其完整性较好.属于中等偏好类型,应确定为Ⅱ类围岩.其监测断面布置同前节2.1.其收敛监测数据如表8所示.通过多点位移计监测得到的深部位移结果如图7所示. 同理,对4个力学参数岩体弹性模量E、泊松比μ、内聚力C、内摩擦角φ 全部进行反演确定.计算中取地应力值根据类似矿井现场实测值确定,具体数值为水平应力15.6MPa,垂直应力20.1MPa.有限元计算模型见图8.模型边界条件为,上下为竖向约束,两侧为水平向约束.考虑到巷道断面尺寸为高1.5m,宽2 m的实际情况,并考虑上赋岩层地质条件,有限元计算区域为,巷道上影响范围为8m,下影响范围为15m,左右影响范围为各为20m.同样根据实测结果及工程经验,先给出4个计算参数的计算搜索范围如下:E ∈[1GPa,25GPa],μ ∈[0.15,0.35],C ∈[0.1MPa,2.9MPa],φ∈[20°,56°]同理,首先将4个物性参数的试验水平设计为表9所示.表8 谢桥矿-720m 水平轨道石门巷道收敛监测数据Table 8 Monitoring convergence displacements of-720mcross-cut roadway in Xieqiao coal mine图7 谢桥矿-720m 水平轨道石门深部位移监测结果Fig.7 Deep displacements of-720mcross-cut roadway in Xieqiao coal mine表9 反演参数的试验设计水平Table 9 The level of experimental design for parameters back analysis根据试验因素及水平的数目,采用L25(56)正交表进行有限元正分析计算的参数组合(表10).表10 有限元正分析计算参数组合表Table 10 Parameter combinations for FEM computation按照表10所列各参数的组合进行有限元正分析计算得到2 个测线的模拟计算位移值如表11所示.图8 反分析计算模型Fig.8 Computation model of parameters back analysis表11 测点的模拟计算位移结果Table 11 Computing displacements ofmeasuring points以表11所列水平收敛和顶底收敛作为进化神经网络的输入,以其对应的参数组合(E、μ、C、φ)作为网络输出组成网络的训练样本对进化神经网络进行训练.进化训练中,各算法的参数取值依次为,神经网络的输入节点数为2,输出节点数为4,隐层节点的取值范围为(1~30),连接权值的初始取值为(-1.0~1.0).而进化算法的群体规模为150,进化代数阀值为200,同时限定最佳个体的最优误差为10-5.把表10、表11中25组位移—物性参数样本代入进化神经网络算法进行训练,最终在误差为0.004 1的情况下,得到结构为2-7-4的神经网络能很好地实现上述样本所代表的映射,并具有良好的泛化预测能力.采用该网络进行围岩参数反分析计算,把收敛监测位移55.3和66.6作为网络两个输入量输入网络进行计算,最终得到4个输出结果,即对应于收敛监测位移的4个围岩参数,其结果整理如表12所示.表12 围岩参数反分析结果Table 12 Back analysis results of surrounding rock parameters为了验证反分析的计算结果,把表12参量代入有限元模型进行计算,并和多点位移计的量测结果进行比较,其结果如表13和表14所示.表13 帮部计算结果Table 13 Comparision of computing displacements and measuring displacements on side表14 顶部计算结果Table 14 Comparision of computing displacements and measuring displacements on top由上表可见,计算结果和监测结果的误差在10%以内,说明反分析结果良好,基本得到了反映巷道围岩特性的物性参数.3 结语随着资源开发的深入,淮南矿区已经整体进入了深部开采阶段.进入深部开采后,由于所处环境的不同,深部岩石巷道的变形破坏机理和浅部存在很大不同.为了进行巷道变形破坏机理的研究,采用实测位移反演确定围岩的物性参数意义重大.为此,基于淮南矿区两个典型巷道的位移实测结果,采用进化神经网络逆反分析法进行了典型岩类的参数反分析研究.而且,采用收敛位移反演得到的参数通过数值正分析计算得到的深部位移和实测误差在10%以内,证明本次反分析研究结果良好,基本得到了反映巷道围岩特性的物性参数.【相关文献】[1]虎维岳,何满潮.深部煤炭资源及开发地质条件[M].北京:煤炭工业出版社,2008:201-210.(Hu Weiyue,He Manchao.Geological Conditions for Deep Coal Mine Development [M].Beijing:China Coal Industry Publishing House,2008:201-210.)[2]何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):2803-2813.(He Manchao,Xie Heping,Peng Suping,et al.Study on Rock Mechanics in Deep Mining Engineering[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2005,24(16):2803-2813.)[3]贺永年,韩立军,邵鹏,等.深部巷道稳定的若干岩石力学问题[J].中国矿业大学学报,2006,35(3):288-295.(He Yongnian,Han Lijun,Shao Peng,et al.Some Problems of Rock Mechanics for Roadways Stability in Depth[J].Journal of China University of Mining &Technology,2006,35(3):288-295.)[4]高玮,刘泉声.基于仿生计算智能的地下工程反分析理论与应用[M].北京:科学出版社,2009:54-73.(Gao Wei,Liu Quansheng.Back Analysis of Underground Engineering based on Bionics Computation Intelligence Theory and Application[M].Beijing:Scince Press,2009:54-73.)[5]刘泉声,高玮,袁亮.煤矿深部岩巷稳定控制理论与支护技术及应用[M].北京:科学出版社,2010:216-227.(Liu Quansheng,Gao Wei,Yuan Liang.Control Theory and Support Application of Deep Rock Roadways in Coal Mine[M].Beijing:Scince Press,2010:216-227.)。
西石门铁矿深部巷道支护参数的优化设计
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【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 FLAC3d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。
%Aiming to solve the problem that the wall rock of deep roadway in Xishimen Iron Ore northern mining area is severely damaged,by the preliminary calculation of support parameter and the orthogonal test design,it applies the FLAC3d software to conduct the analog computation and finally uses the gray relative analysis method to optimize each index.Then the most economical and effective support scheme is obtained.【期刊名称】《矿业工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P43-45)【关键词】西石门铁矿;支护参数;FLAC3d软件;正交设计;灰色关联分析法【作者】叶昀;蒋仲安;俞杨明;祁建东【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083; 五矿邯邢矿业有限公司西石门铁矿,河北邯郸 056303【正文语种】中文【中图分类】TD2630 引言西石门铁矿位于河北省武安市境内,矿体总地质储量1.06亿t,已形成井下矿石生产200万t、铁精矿100万t以上的生产能力[1]。
跨采时底板巷道围岩变形预测
跨采时底板巷道围岩变形预测
李仕明;翟新献;刘中云;赵斌
【期刊名称】《矿山压力与顶板管理》
【年(卷),期】2005(22)4
【摘要】深部开采时巷道矿压显现剧烈,围岩失稳、巷道持续流变,所以实行跨大巷回采,使底板巷道处于卸压区。
根据巷道围岩变形机理,提出了利用围岩有效载荷系数,预测跨采时底板巷道围岩变形量,并建立了两者间的关系。
最后通过工程实例进行了验证,预测值与实际值相符,说明这种方法具有一定的实用价值。
【总页数】2页(P56-57)
【关键词】深部;巷道;跨采;变形预测
【作者】李仕明;翟新献;刘中云;赵斌
【作者单位】义马煤业集团公司杨村煤矿;河南理工大学资源与材料工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TD322.5
【相关文献】
1.极近垂距骑跨采工作面边界位置优化及底板巷道围岩稳定性研究 [J], 郭靖;宋要斌;赵利鼎;马利云
2.近距离跨采影响底板软岩巷道围岩控制技术 [J], 宋召谦;王振伟;车明
3.跨采底板巷道围岩稳定性预计的"三因素法" [J], 贾牛骏;吴士良;马资敏
4.厚煤层群底板跨采巷道围岩变形机理分析 [J], 张安临
5.工作面跨采期间底板巷道围岩变形分析 [J], 何廷峻
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甘肃平凉(850~900m),几乎没有1米好巷道。
现有与在建 矿供应能力
未来国家 煤炭需求
30 亿吨 25 20
25
29
20.8
19.3
20
16
15
13.9
10
9.9
5
0 20010
20022
20034
20405 20510 20260年
一种必然结果
既有矿山延深 新的矿山建设
开发深部
4
一、深部开采研究现状
深部开采的划分标准 国外: 前苏联:>600m 原西德:800~1200m 英国与波兰:>750m 日本:> 600m
国内:(无明确标准)
浅矿井 中深矿井 深矿井 特深矿井 采深 < 400m 400-800m 800-1200m 1200m
5
一、深部开采研究现状
目前国有重点煤矿中采深大于 800m 的矿 井有多处,以每年 25m的速度递增。
国内:
沈阳采屯矿1197m; 浙江长广集团1000m; 新汶孙村矿1055m; 北票冠山矿1059m; 徐州张小楼矿1100m; 开滦赵各庄矿1159m; 北京门头沟1008m。
17
二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道变形破坏现象: 顶板下沉,冒顶; 两帮收敛位移,片帮; 底臌。
18
二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道变形破坏原因:
岩性差:煤层、泥岩(强度低、易破碎、残余强度低) 地应力大:埋深大、褶曲构造、采动影响(集中系数
达2.5以上)
支护强度低、刚度小
8
汇报提纲
一、深部开采研究现状 二、巷道围岩变形破坏原因分析 三、巷道围岩支护理论与技术进展 四、典型工程实例
9
二、巷道围岩变形破坏原因分析
煤矿巷道每年掘进 10000km,深巷占30% 资料统计:随着埋深增加, 支护压力增大到 0.8~2.0MPa,尽管支护 强度增1倍,费用增加1.4 倍以上
渗透压(>约7MPa) 强动压 较强的时间效应(强流变)
7
一、深部开采研究现状
煤矿地下工程所面临的地质环境趋于复杂化,高应力、高瓦 斯等引起的工程灾害和事故愈来愈多,如矿井冲击地压、巷 道围岩大变形流变、地温升高、瓦斯爆炸等,对深部煤炭资 源安全高效开采提出了严峻的挑战。
巷道围岩变形量增大 采场矿压显现剧烈 巷道中岩爆、冲击地压 瓦斯涌出量增大 地温升高、作业环境恶化 突水事故趋于严重 井筒破裂加剧 煤自燃发火、矿井火灾加剧
2007.9~2008.9
2008.12~2011.12 2012.1~至今 2012.9 ~至今
学习工作单位 河南理工大学(矿井建设专业) 河南理工大学(工程力学专业)
河海大学(岩土工程专业) 河海大学
法国巴黎综合理工大学 (Ecole Polytechnique de Paris) 中国矿业大学岩土工程学科 中国矿业大学岩土工程学科 中国矿业大学岩土工程学科
二、巷道围岩变形破坏原因分析 (2)料石碹支护
料石碹支护顶板塌方
14
二、巷道围岩变形破坏原因分析
料石碹支护严重底臌
15
二、巷道围岩变形破坏原因分析 (3)锚网支护
锚网支护,大变形尖顶(焦作) 两帮内挤
顶板下沉
底臌
16
二、巷道围岩变形破坏原因分析
单一锚网支护,底不处理,不重视水 (甘肃华亭煤矿)
(1)埋深大(千米深井逐年增加) (2)构造应力(断层多) (3)采动应力(普遍存在)
23
二、巷道围岩变形破坏原因分析
其中1000m以下的煤炭储量2.95万亿吨,约占总储量的53%
储
14000 12000
量 10000
8000
亿 6000
t 4000
2000
0 <600m
1000-1500m
德国鲁尔矿区在1100m下开采,巷 道宽6m,煤层厚1.9m。底板在24 小时内臌起0.8m,煤层移出0.5m。
国外:
德国2002年平均采 深1300m,最大采深 1500m;
超过1000m的国家: 俄罗斯 英国 波兰 日本 比利时等。
6
一、深部开采研究现状
深部开采的工程特点:
地应力高(自重应力>约20MPa)
--强度增加,脆延性转化特征
温度高 (矿山一般30-400C, 个别达520C, 最高达700C)
深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering
煤矿巷道围岩支护理论及技术研究进展
杨圣奇 教授/博导
中国矿业大学 二○一三出生。
起止年月 1996.9~2000.6 2000.9~2003.6 2003.3~2006.4 2006.4~2008.10
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 (1)钢架支护
钢架支护大变形底臌(龙口柳海)
锚网支护全断面大变形(甘肃新安)
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
钢架支护围岩大变形流变
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
钢架支护岩爆破坏
钢架支护岩爆破坏
岩爆过程(秘鲁,据Hudson)
锚网支护岩爆破坏(南非某矿) 13
支护结构不合理
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 1、岩性差
(1)岩石强度(煤、砂质泥岩、泥化 )
不少围岩天然抗压强度小于10MPa 泥岩在水作用下几乎没有强度
(2)结构面强度
弱面,层理、节理面强度,受地质构造作用
影响因素:施工因素,爆破影响; 水;节理面粗造 度;块体大小等
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
任职 本科 硕士 博士 博士后
访问学者
副教授 教授(破格)
博导
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汇报提纲
一、深部开采研究现状 二、巷道围岩变形破坏原因分析 三、巷道围岩支护理论与技术进展 四、典型工程实例
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一、深部开采研究现状
国家能源结构
至2020年仍以煤炭为主 68% 55%
国家煤炭缺口
2020年:13亿吨 两种必然选择
泥岩顶板塑性流动
泥岩底板严重底鼓
严重变形煤巷
水的影响
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二、巷道围岩变形破坏原因分析
0.98σc
σc
0.92σc
0.62σc
Step60-2
Step63-4
Step64-31
Step66-35
Step60-2
Step61-11
Step64-31
Step66-35
围岩强度衰减
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二、巷道围岩变形破坏原因分析 2、地应力高、应力复杂