论文部分内容阅读
随着我国煤矿开采深度的增加,一系列支护问题也随之而来,采用浅部矿井支护方式已完全不能维护深井条件下的软岩巷道围岩变形。目前,针对深井的支护方式及理论已成为众多学者研究的方向。山西介休义棠青云煤业有限公司青云煤矿自投产以来,由于其巷道埋深大、围岩软弱等地质条件,一直面临巷道围岩变形严重的问题,如何在支护形式上对其变形进行有效的控制已成为青云煤矿急需解决的问题。本文以青云煤矿020202工作面回采巷道支护问题为背景,采用理论分析、数值模拟、工程实践等为手段对深井软岩回采巷道的支护问题进行研究,具体工作如下:(1)根据现场观测及理论分析,对020202轨道平巷围岩变形特征及其影响因素进行了分析,认为020202轨道平巷围岩变形具有破坏范围广、变形量大、锚杆及其构件失效的特点,其巷道变形主要受应力环境、围岩强度、围岩结构、工作面采动、支护方式等因素影响。结合巷帮支护问题提出提高支护强度、增加支护深度、调整支护密度的理念。(2)基于围岩松动圈理论分析了巷道围岩变形机理,并根据弹塑性力学推导出了巷道围岩松弛区、破裂区、塑性区半径表达式,根据020202轨道平巷实际地质条件计算其围岩松弛区半径为4.8m、破裂区半径为3.83m、塑性区半径为8.12m。(3)从理论上分析了锚杆、锚索及锚杆锚索联合支护机理,并通过力学分析得出了锚杆及其构件的受力解析式;(4)通过FLAC3D数值模拟对锚杆支护长度、锚杆直径、锚杆间排距、锚杆预紧力、锚杆类型、托盘类型进行了详细的分析,并根据分析结果确定支护初步设计参数。通过正交试验对各初设参数进行优化设计,通过对比极差得出各因子影响程度排序,并根据正交试验结果确定最终支护参数为:锚杆长度3m;锚杆直径20 mm;锚杆间排距800×800 mm;锚杆预紧力100 kN;锚索长6.2 m;锚索直径21.8 mm;锚索预紧力为220 kN。(5)通过数值模拟对比无支护、原支护和设计支护条件下的围岩特征,验证支护设计的可行性,并通过模拟设计支护方案下的巷道围岩变化特征,进一步分析了其掘进及回采过程中的变形规律。(6)根据工程实践对支护进行验证及监测,监测变形规律并补充支护方案不足。通过数值模拟及现场监测结果表明,设计支护方案有效地控制了围岩变形,大大减少了返修成本,经济效果可佳。