采动环境下巷道围岩破裂演化规律及其控制技术研究.docx

采动环境下巷道围岩破裂演化规律及其控制技术研究 摘要：文章对采动环境中巷道围岩在经过多次维修之后，仍然不能够满足其正常使用的情况进行分析。并以煤矿采区为实例，建立起了一套底板采动影响范围内某点在受力之后所发生的一系列状态演化模型，从而得出了当采动区巷道处在非等压受力状态时，根据其建立其等压状态下的受力模型，并针对采动巷道的特点来制定出一套一螺纹钢注浆锚杆为主要支护措施的加固方案。 下载 关键词：采动环境；巷道围岩破裂演化规律；控制技术 中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）11-0114-03 在传统对采动环境中巷道围岩破裂演化规律进行的研究中，多数都是以物理或者数值模拟法对其进行研究，即使从理论上对动压巷道的力学模型进行了建立，也是以应力集中系数对采动区巷道所受到的围压进行标示，并且其将巷道视作一种对称受力的形式而展开分析。在对其工作面进行采动的过程中，如何能够对底板围岩环境所承受到力的变化进行计算，并如何能够将巷道围岩同采动区应力进行一种有机的结合，则成为了我国目前对采动环境中进行研究的一种需要面对的问题。在本文中，将就一个煤矿实例对其进行回采时巷道围压的变化规律进行分析，并在建立受力模型的前提下对其破裂演化机制进行探讨，并对其提出相应的控制方案。 1 工程概况 某煤矿74号采区位于煤矿井田中部，其矿体主要岩性为泥岩、细砂岩等。其巷道断面为半圆拱形，高为3m，宽为4m。在原设计中，使用锚网喷支护的方式进行，锚杆间的排位为700700mm，喷层为100m厚。回风上山会受到上覆工作面的采动影响，经过预计其巷道会受到较为严重的变形，所以需要对其进行良好的预加固。同时，还对工作面回采设置合理的加固方案，则应当对其环境中巷道围岩的破裂演化规律进行透彻的分析。 2 理论分析 2.1 采动区应力变化规律 每层工作面在经过回采之后，会形成相应的采空区，其上覆岩层的重量会向着采空区周围的岩体进行转移，从而在其采空区的周围形成一个支承压力带，并在其工作面前形成一种超前的支撑压力。由于我们主要对采动区巷道围岩的破裂演化规律进行研究，所以为此建立坐标系，并将坐标原点设置在工作面支承压力处于原岩应力的位置。我们假设当底板中除了巷道围岩以外的残余区以及软化区之外的所有区域都为弹性，那么我们就去其中的任意一定点M，并取其纵坐标为定值 在其工作面前后所承受到的支承压力中，会随着工作面的移动而移动。而为了对其计算能够更为方便，我们则设定工作面所承受到的压力分布形式和大小为一个恒定值，即其同X轴间的相对位置也为恒定。当巷道没有受到采动影响时，那么巷道围岩中三个分区的切应力分布情况则以下图中的a表进行标示。当巷道没有受到采动影响时，其受到切向应力的变化规律概括来说就是其参与强度当其切向应力随着同巷道表面之间的距离逐渐增大时，其在软化区以及强度去之间的分界值则为8MPa，而其受到的切向应力值则为16MPa。同时，围岩的弹性区间所受到的切向应力也会随着其同巷道围岩表面之间距离的增大而有所减小。 同时，对煤矿进行开采时，其底板巷道中围岩所承受到的切向应力的规律概括来说为当围岩参与强度的内切向力同巷道表面距离的增加而逐渐增强，其在软化区同强度区之间的值为10MPa。而其在弹性区与软化区直接受到切向应力的最大值则为20MPa。且围岩弹性区中的切向压力也会随着其同巷道表面之间距离的加大而有所减少。 3.2 巷道塑性区范围 当巷道没有受到采动更影响时，那么根据上述分析则可以得出其巷道中残余区以及软化区中的围岩半径分别为3.25和3.43m。而当工作面进行回采时，其底板巷道威压受到的应力系数为1.56时，那么其此时所受到最小的应力系数则为0.92。由此我们则可以为之计算出其巷道围岩的残余以及软化区的半径分别为4.54和4.21m。其比在没有受到采动影响的软化区以及残余区的半径则分别增加了1.29m和0.78m。 4 工程实践 4.1 加固方案 （1）选择支护方案。根据相关计算得知，当煤矿进行开采时回风上山中塑性区范围已经急剧的发生增大，如果不能够对其采取适当的措施，那么巷道就会进入不稳定的状态。而在采动环境中对巷道围岩变形情况进行良好的控制则应当以以下方式来进行，如对巷道围岩集中应力进行抵抗、对围岩集中应力进行适当的转移和对围岩能量进行释放等等。在本文中，使用的是对巷道进行加固的方式，即以螺纹钢注浆锚杆为设置关键对锚注支护体系周围加强的方式对其所受到的采动应力进行抵抗。而经过上述分析，可以对采动过程受到影响时巷道中围岩塑性中所能够达到的范围进行合理的预测，并能够根据相应的数值计算来对现场成像仪等设备所侦测到的巷道围岩破裂深度等因素进行一系列综合的分析考虑，并有针对性的选择适当、合理的加固方案和支护参数对其正常运行进行保证。 当对本例对象进行了加固之后，当对其开采时再次进行了回风上山情况进行了检测。检测得出当进行采动时，除了其顶板有着部分底鼓以及炸皮情况之外，此巷道的其他部位没有较大变形情况，从而对巷道围岩的稳定性进行了保证。 5 结语 在本文中，我们以某一实例的方式对采动环境下巷道围破裂演化规律以及其控制技术进行一定的分析与研究。并经过相关分析得出工作面在采动的过程中对底板巷道有着较为剧烈的影响，所以继续对其进行加固工作，并以合理的支护参数对巷道的稳定性进行了保证。 参考文献 贾广兴，汤启光，王守海.龙口矿区煤2架棚巷 道托梁顶板控制技术的研究J.山东煤炭科技， 2010，（4）：130-130. 张科学，冯江兵，路希伟，景续武，刘洪林，王祥 涛，陈旅.孤岛工作面回采巷道锚杆控制技术 J.煤矿安全，2011，（1）：60-63. 邹成健.承压水体上开采底板突水机理分析及其控 制技术J.科技信息，2011，