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深埋大断面软岩巷道锚网索支护在某矿的试验及应用

更新时间:2009-03-28

随着国民经济快速发展及能源需求持续旺盛,煤矿开采呈现出长、大、深埋的特点[1-2]。我国大部分煤巷为Ⅲ类及以下围岩条件,厚煤层开采甚至出现了3侧或全煤巷道,围岩强度低、松软破碎、完整性差,许多巷道不得不采用U型钢、工字钢棚等支护,变形大、成巷速度慢、稳定性差,严重影响矿井的安全高效生产[3-4]。锚固技术在提升支护效果、降低成本、加快进度等方面优越性突出,是岩土工程或采矿领域应用最多的一种主动支护方式[5-6]

(1)进口学习效应:进口中间产品内化了进口来源企业的研发努力与知识,同时经过进口的方式外溢到下游生产企业,减弱了企业研发新产品的成本;由于新产品里具备高层次水平的质量和技术成分,提升了企业对新产品的收益估值,再次刺激了企业研发行为。虽然无法全部替换掉差异化产品以及产品类型中内化的技术以及信息,但随着进口中间产品多样性的提高,进口学习效应也会逐渐增强。

目前,相关学者针对软岩煤巷支护问题从理论分析、数值模拟、现场实测等方面进行了研究[7-11]。然而,工程实体本身存在差异性、多变性、复杂性等,采用的支护技术不尽相同。鉴于此,笔者在前人研究的基础上,以某矿3采区运输下山为工程背景,采用锚网索联合支护技术,利用FLAC数值模拟分析其支护效果,并通过现场工业性试验验证了该技术的可靠性,研究成果可为类似条件下的巷道支护提供借鉴和指导。

1 工程背景

某矿为高瓦斯突出矿井,主采二煤层,3采区运输下山位于矿井东部,用于运煤、进风、行人及后续采区接替等;巷道北为采区轨道下山,南为回风下山,西接-350 m水平运输大巷;平均采深750 m,设计长度650 m,其中揭煤段100 m,水平布置,锚网索段550 m,沿煤层顶板向下10°掘进;煤厚约6.50 m,顶底板基本以泥岩、砂质泥岩为主,岩性松软破碎、强度低、节理裂隙发育,部分富含植物根须化石,为不稳定岩层,属典型的深埋软岩巷道,如图1所示。

  

图1 工作面平面、剖面布置示意图

矿井以往工程实践结果表明,类似巷道主要沿煤层底板掘进,采用U型钢或U型钢+锚网或U型钢+喷浆联合支护等,成本高、速度慢、劳动强度大、效果差,且难以适应大采深、机械化快速施工等要求,因此有必要对其支护方法进行优化设计。

2 巷道锚网索支护设计

廖:我是希望大家思考“老板”与“学者”的关系,如果没有刘老板给出的“双方定位”,恐怕写作时难免削足适履.当今习惯将课题负责人、给经费者称为老板,其与研究人员的关系,以及因此种关系而引发的种种问题,确可类比.其二是思考图书销售的现状与问题:无论学术价值如何,数月之后大多难逃“撤架”命运;后来的需要者即便是向出版社求购,仓库中也早就“吐故纳新”了.而境外的出版机构,虽然同样是企业、是商人、要赚钱,但经营之路却有所不同.

[5] 程良奎.岩土锚固[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

《长江河道采砂管理条例》赋予了水行政主管部门主管长江河道采砂管理的职责。水行政主管部门采砂管理能力的强弱直接关系到长江河道采砂管理工作的成败。只有加强长江河道采砂管理能力建设,才能为采砂管理提供基本条件和基本保障,才能切实履行好水行政主管部门的职责。

3)顶板锚索Φ18.9 mm×8 000 mm,间排距1 800 mm×1 400 mm,托盘长×宽×厚=300 mm×300 mm×15 mm,预紧力不小于100 kN,每根锚索使用2卷Z2335(在里)和2卷M2335树脂锚固剂,相邻2根锚索采用2.4 m锚索梁(U29型钢)连锁加固;帮部采用Φ18.9 mm×5 000 mm的锚索,间排距1 400 mm×1 400 mm,起锚高度1 000 mm,采用1.7 m锚索梁(W型钢带)加固。

3 巷道锚网索支护数值模拟分析

3.1 数值模型的建立

以某矿3采区运输下山地质资料为基础,采用FLAC数值模拟软件建模,按平面应变问题进行分析。巷道宽×高=5.0 m×3.3 m,模型尺度为10倍巷道大小以上,宽×高=50 m×40 m,倾角5°,划分17 200个单元、26 361个节点,如图2所示。

2)锚杆为Φ20 mm×2 400 mm的左旋螺纹钢锚杆,间排距700 mm×700 mm,垂直于墙壁,底角水平向下、顶角水平向上均不大于15°,预紧力矩不小于150 N·m、锚固力不小于100 kN,每根使用1卷CK2335(在里)和1卷Z2335树脂锚固剂,托盘规格:长×宽×厚=150 mm×150 mm×8 mm,直径6 mm的钢网网目70 mm×70 mm,搭接200 mm;顶部长×宽=1 900 mm×900 mm的钢网3片,高帮长×宽=1 900 mm×900 mm的钢网2片,低帮长×宽为1 900 mm×900 mm和1 300 mm×900 mm的钢网各1片。

  

图2 数值计算模型图

模型左、右及下边界均为位移固定约束,顶面为应力边界,距地表750 m,施加18.5 MPa均布竖直应力,g=10.0 m/s2;Mohr-Coulomb材料模型计算,煤岩体物理力学计算参数见表1。

锚杆、锚索根据设计方案参数模拟,在巷道壁布置监测点,对比分析无支护和锚网索支护时围岩应力场、位移场及塑性区等分布特征,检验设计方案锚固效果的可靠性。

 

表1 煤岩体物理力学计算参数

  

岩性厚度/m体积模量/GPa切变模量/GPa密度/(kg·m-3)内摩擦角/(°)黏聚力/MPa细砂岩6.010.0525003820砂泥岩6.05.032400345泥岩1.02.0222003022煤6.51.511300281泥岩1.02.022200302砂泥岩0.55.032400345泥岩8.02.022200302砂泥岩6.05.032400345

3.2 数值模拟结果分析

3.2.1 最大主应力

巷道无支护、锚网索支护时最大主应力分布情况如图3所示。

1.2 病例诊断及监测 80年代开始,对临床诊断为疟疾、疑似疟疾、疑似感冒及其他原因不明的发热病人(称“四热病人”)采血涂片镜检[2],以血检疟原虫阳性者统计发病率。2006年以后诊断依据根据中华人民共和国卫生行业标准之疟疾诊断标准(WS259-2006)。

 

(a)无支护 (b)锚网索支护

图3 巷道围岩最大主应力等值线分布图

开挖后围岩卸荷明显,顶底板应力降低程度及范围更为突出,顶底板部位应力为0~10 MPa,两帮处应力为5~15 MPa;最大应力值为25 MPa,距帮部3~4 m,应力集中系数约1.30,开采深度影响较大。锚网索支护后,应力分布整体特征基本不变,巷道浅部围岩应力增大,顶底板应力为0~16 MPa,两帮应力为16~24 MPa;应力增高区的应力略微降低,并向巷道表面转移,峰值为24 MPa,距帮部2~3 m;锚固区域内应力明显增大,围岩整体承载能力大幅度提高。

[3] 李树刚,成小雨,刘超,等.余吾矿松软煤巷变形破坏机理及控制技术研究[J].矿业安全与环保,2014,41(5):21-23.

巷道围岩位移分布情况如图4所示。

 

(a)无支护 (b)锚网索支护

图4 巷道围岩位移等值线分布图

开挖后围岩整体变形范围及位移量较大,主要位于顶底板位置,以开挖卸荷回弹变形为主,与最大主应力方向垂直。无支护时顶底板移近量130 mm,两帮变形量为60 mm;锚杆支护时,位移整体分布特征不变,顶板及两帮变形量显著降低,底鼓量有所增加,顶底板和两帮变形量分别为110、31 mm,支护效果明显提高。

3.2.3 塑性区

巷道围岩塑性区分布情况如图5所示。

 

(a)无支护 (b)锚网索支护

图5 巷道围岩塑性区分布图

无支护时,巷道围岩塑性区范围较大,以剪切塑性破坏为主,底板塑性区分布和延伸范围明显大于其余部位;锚网索支护后,塑性区范围降低明显,塑性区范围基本位于锚固区域内,支护效果较好。

4 现场监测

2015年1月首次在运输下山实施锚网索支护工业性试验,为检验支护的可靠性,同时为优化支护参数提供参考,对巷道围岩进行实时监测,每50 m设置1个监测断面,共10组测点,分别对变形、锚杆(索)受力、顶板离层等进行监测,周期2个月(60 d),选择1#、2#、3#监测断面进行分析。

1)巷道变形监测。巷道变形监测采用十字布点法,顶底板和两帮变形量监测结果如图6所示。

  

图6 巷道变形监测结果

由图6可以看出,巷道掘出后变形速度整体逐渐降低,0~10 d内变形最为强烈,1个月后围岩变形基本趋于稳定;由于巷道底板为厚约3 m的煤层,强度较低、无支护,顶底板变形比两帮变形更为明显;1#、2#、3#监测断面顶底板和两帮平均变形量分别为117、54 mm,整体变形量较小,支护效果良好,现场监测与数值模型计算结果总体比较一致。

一个人的40年,通常是整个生命历史中极重要的时间段。我们用我们自己几十年丰富多彩的大大小小的具体奉献表明:我们配得上这样最有意义的人生。前瞻改革开放的未来,依然任重道远。我们伟大的党、国家和民族,不仅依然肩负着自身前进的重任,而且肩负着为人类作出更大贡献的重任。

[4] 杜高峰.高应力厚煤层回采巷道U型钢支护技术优化[J].煤矿安全,2014,45(2):63-65.

2)支护受力监测。为检验锚固效果,分别对顶板锚杆(索)进行了拉拔试验,大部分没有被拉出或拉断,整体施工效果良好;同时采用锚杆测力计监测顶板锚杆(索)受力变化情况:锚杆和锚索的安装初始预紧力分别为50、100 kN,随着掘进端头不断向前推进,锚杆、锚索受力逐步平稳增长;1个月内二者数值稳定在97 kN和139 kN,承载能力得到较好发挥,有效控制住了巷道离层和围岩变形,将锚固区内围岩与深部岩层联结起来,共同保障了巷道的整体稳定性。

3)顶板离层监测。为掌握巷道顶板深层部位变形规律和稳定性情况,采用钢弦式离层仪进行顶板离层观测,浅部和深部测点布置深度分别为3 m(锚杆区)、8 m(锚索区)。顶板离层以浅部围岩为主,平均离层量6 mm,深部离层量2 mm,顶板浅部和深部离层量整体较小,围岩较为稳定,现场亦没有出现明显的顶板弯曲下沉现象。

目前,该巷道已顺利掘进完毕,锚网索支护能够有效控制大断面软弱破碎围岩煤巷的变形,支护成本较低,较U型钢支护节约成本30%左右,施工速度较快,日进度6~8 m,其支护效果、经济效益、快速施工等方面均比其他支护方式更具有优越性,可为类似条件的煤巷锚网索支护技术的推广与发展提供参考。

5 结论

1)某矿深埋大断面软岩巷道无支护开挖时,围岩卸荷明显,顶底板应力0~10 MPa,两帮应力5~15 MPa,应力峰值25 MPa,距帮部3~4 m;顶底板移近量130 mm,两帮变形量60 mm,围岩塑性区范围大。采用锚网索支护后,顶底板应力为0~16 MPa、两帮应力为16~24 MPa,最大应力24 MPa,距帮部2~3 m;位移与塑性区范围降低明显,顶底板和两帮变形量为110、31 mm。

2)现场监测巷道顶底板和两帮变形量为117、54 mm,锚杆和锚索受力值稳定在97、139 kN,顶板浅部和深部离层量为6、2 mm,围岩控制效果明显,验证了支护设计的可靠性与数值计算的合理性。

参考文献

[1] 谢和平,高峰,鞠杨.深部岩体力学研究与探索[J].岩石力学与工程学报,2015,34(11):2161-2177.

[2] 袁亮,薛俊华,刘泉声,等.煤矿深部岩巷围岩控制理论与支护技术[J].煤炭学报,2011,36(4):535-543.

3.2.2 变形

高校创新创业教育应该将工匠精神融入人才培养方案,并在学科建设、专业发展、课程实施等方面加以落实。但是,多数高校创新创业教育的课程体系缺乏综合性、系统性和应用性,融汇工匠精神的创新创业类通识教育课程设置较少且针对性不强,存在创新创业教育课程体系与行业发展衔接不紧密、与其他多个学科交叉发展不同步的问题。

针对采区运输下山的实际地质条件,采用工程类比法、经验法、理论分析等多种方法相结合[12-15],参考邻近矿井类似巷道成功支护案例,进行首次锚网索支护设计。

不过,情况很快就得到了扭转。“以制度规范,以流程管控,建立全新的绩效评价机制是改变的秘诀。”范玲认为,在遇到阻力之时,医院领导班子的大力支持非常关键。除了进一步调配人力、物力与财力,盛京医院2011年建立的岗位职责与绩效评价指标,以及护理能级激励机制在这一阶段被完善,职称晋升和“评优”也成为做强延伸护理的重要抓手。

1)巷道沿煤层顶板布置,锚网索支护,梯形断面,净宽×高(中)=4 800 mm×3 200 mm,毛宽×高(中)=5 000 mm×3 300 mm;EBZ-150型综掘机掘进,截割深度0.7 m;SSJ800/2×75胶带输送机运煤;顶板和帮部分别使用MQT-130/3.2型煤矿用气动锚杆钻机、ZQS-50/1.6型手持式风钻打眼和安装锚杆(索)。

[6] 秦广鹏,蒋金泉,孙森,等.大变形软岩顶底板煤巷锚网索联合支护研究[J].采矿与安全工程学报,2012,29(2):209-214.

[7] 孟庆彬,韩立军,乔卫国,等.大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术[J].煤炭学报,2016,41(8):1885-1895.

将斑点叉尾鮰放入CO2浓度为550 mg/L的水溶液中,浸浴15 min后将鱼装进保活袋充入纯氧,每组分别放入0、2、4、6、8和12 ℃的培养箱中,5 h后取出放入清水中,观察存活数并记录存活率。

[8] 李廷春,卢振,刘建章,等.泥化弱胶结软岩地层中矩形巷道的变形破坏过程分析[J].岩土力学,2014,35(4):1077-1083.

素养考查分析:该题以立体几何为知识载体,考查学生对“面面垂直”的判定定理、直线与平面所成角等几何学科知识的掌握,要求学生根据平面图形进行空间想象,结合已知条件进行逻辑推理,书写完整的几何证明过程,并进行相关计算.

最终学生将所学的学习成果按章或节或模块撰写学习小结,完成对知识总结和拓展延伸,使所学内容具有系统性。学生的学习成果可以在课中活动的成果展示环节展示,或者通过微课平台发布,以供教师和其他同学分析评价,还可以通过优酷、土豆等视频网站或泛雅网络平台将学生的作品发布到互联网或超星学习通供更多的人观看评价。由此来促进学生更好地学习。信息化教育不断深化和互联网(尤其是移动互联网,智能手机的使用)深入人们日常生活的今天,微课作为智慧课堂的一种教学手段和教学资源,有了方便快捷的硬件和技术环境,使微课这种教学手段变得非常容易,也非常必要,因此用好微课必将大幅地提高教学质量和效率。

[9] 李清,侯健,韩通,等.杨家村矿弱胶结软岩煤巷变形机制与围岩控制技术研究[J].煤炭工程,2016,48(7):40-43.

[10] SUN Lihui,WU Haoyuan,YANG Bensheng,et al.Support failure of a high-stress soft-rock roadway in deep coalmine and the equalized yielding support technology: a case study [J].Int J Coal Sci Technol, 2015, 2(4):279-286.

全市网络出版服务单位发展势头良好。全市有网络出版服务企业21家,其中,2017年新增4家。19家网络出版服务单位2017年实现产值 10.03亿元,网络出版收入3.16亿元,较上年增长13.2%。华龙网网络出版服务收入突破1亿元,为1.95亿元,较上年增长15.4%,维普资讯网络出版服务收入0.85亿元,较上年增长10.5%,西南师范大学出版社有限公司网络服务收入增幅为38.4%。

[11] LI Yuanhai, ZHANG Qi, LIN Zhibin,et al.Spatiotemporal evolution rule of rocks fracture surrounding gob-side roadway with model experiments [J].International Journal of Mining Science and Technology,2016(26):895-902.

将大单体TPEG1200加入四口烧瓶中,升温至60℃使其完全融化,融化后开启搅拌;保持温度在60℃,搅拌10min后,同时开始向烧瓶内滴加单体组分A和引发组分B,控制滴加时间在3~3.5h加完。B组分加完后,保温1.0h,降温至40℃左右,加碱中和,加水稀释,得到含固量约为40%的产品。

[12] 康红普.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社,2007.

[13] 陈炎光, 陆士良. 中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.

[14] 吴鑫,伯志革,杨凯,等.3DEC数值模拟方法在巷道支护优化设计中的应用[J].矿业安全与环保,2013,40(2):73-76.

[15] 梁文明.大断面煤巷支护设计优化及应用研究[J].中国煤炭,2014,40(1):54-57.

 
曾晋
《矿业安全与环保》 2018年第02期
《矿业安全与环保》2018年第02期文献

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