烧变作用下巷道劣化围岩破坏机制与控制技术
作者：
王志强, 林陆, 李敬凯, 李瑞, 武超, 岳元亮, 王鹏
作者单位：
1. 中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院, 北京 100083
2. 中国矿业大学(北京) 中俄动力学研究中心, 北京 100083
3. 陕西省神木市能源局, 陕西 神木 719300
4. 清华大学 水圈科学与水利工程全国重点实验室, 北京 100084
5. 神府集华王才伙盘矿业有限公司, 陕西 神木 719316
6. 河北工程大学 矿业与测绘工程学院, 河北 邯郸 056038
摘要
针对烧变岩巷道围岩力学性能显著偏低的问题, 以王才伙盘煤矿烧变岩区3202工作面回风巷为研究对象, 利用Hoek-Brown修正准则求解了巷道围岩各分区应力及塑性区半径解析表达式, 揭示了围岩稳定性的关键影响因素; 明确了烧变岩区围岩控制策略, 阐述了巷道浅部注浆和主、被动支护控制原理; 对无支护、锚杆(索)支护以及浅部注浆+主被动联合支护等3种支护方式的围岩应力分布、变形特征、裂隙发育以及支护系统受力特征进行了模拟。研究结果表明: 巷道松动圈主要与地质强度指标、岩体破碎度等因素密切相关; 综合理论计算和现场实测结果, 得到松动范围为4.2 m; 3种支护方式拉应力峰值分别为1.14, 0.85和0.81 MPa; 偏应力峰值距巷道表面的最大距离分别为2.59, 1.44和0.83 m; 顶板最大移近量分别收敛于350, 205和24 mm; 采用“注浆+锚杆(索)+金属架棚”支护形式, 可在围岩浅部形成稳定承载点, 实现有效支撑, 同时锚杆、锚索支护作用得到充分发挥。现场工程实践结果显示, 采用联合支护方式, 巷道顶板及两帮移近量均小于50 mm, 有效稳定了烧变岩区的巷道围岩。研究成果可为同类地质条件下的巷道围岩控制提供参考。
图片
图 1 地层结构及钻孔矿芯
图 2 烧变岩区分布与巷道位置示意
图 3 烧变岩区巷道围岩变形破坏情况
图 4 巷道力学模型
图 5 巷道松动圈范围与相关因素关系
图 6 巷道塑性破坏
图 7 钻孔窥视布置及探测结果
图 8 3202工作面回风巷联合支护方案
图 9 注浆钻孔布置示意
图 10 UDEC数值计算模型
图 11 不同支护条件下巷道围岩最大主应力分布
图 12 不同支护条件下巷道围岩偏应力分布情况
图 13 不同支护条件下巷道开挖后围岩的位移变化曲线
图 14 不同支护条件下巷道顶板裂隙发育特征
图 15 不同支护条件下剪切和拉伸裂隙数量统计
图 16 支护构件受力状态
图 17 3202工作面回风巷移近量监测结果
图 18 巷道围岩控制效果
作者简介
通讯作者简介：
林陆（1997—），四川成都人，中国矿业大学（北京）在读博士研究生。主要研究方向包括矿山压力与岩层控制、巷道围岩控制技术等方面。以第一作者或通讯作者累计发表学术论文2篇。
本文引用格式
王志强, 林陆, 李敬凯, 等. 烧变作用下巷道劣化围岩破坏机制与控制技术[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2024, 6(6): 063531. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2024-1055
WANG Zhiqiang, LIN Lu, LI Jingkai, et al. Degradation mechanism and control technology of roadway surrounding rock under burning transformation effect[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(6): 063531. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2024-1055
