軟巖礦井采區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)分析論文
【摘要】在礦區(qū)采礦的過(guò)程中需要修建礦井，以便于深度采礦工作的開(kāi)展。在礦井建設(shè)的過(guò)程中，會(huì)遇到一些軟巖地帶，因?yàn)閹r土強(qiáng)度較低，給礦井采礦區(qū)巷道施工帶來(lái)了一定的難度。本文結(jié)合實(shí)際案例，就詳細(xì)的分析探討了軟巖礦井采礦區(qū)巷道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為我國(guó)軟巖礦井采礦巷道的設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的案例。
【關(guān)鍵詞】軟巖；礦井；采區(qū)；巷道；優(yōu)化設(shè)計(jì)
1案例概述
某煤礦東西寬度為4.81km，南北方向的長(zhǎng)度為6.03km，總面積為28.99km2。在經(jīng)過(guò)詳細(xì)的勘察計(jì)算后于1990年年底移交投入生產(chǎn)。在開(kāi)采過(guò)程中采用中央立井單水平上下山開(kāi)拓，通風(fēng)方式選擇的是中央并列式通風(fēng)方式。在進(jìn)行井下生產(chǎn)的過(guò)程中，實(shí)施的是一井一面的生產(chǎn)模式，通過(guò)綜放開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程的監(jiān)控生產(chǎn)，確保了生產(chǎn)過(guò)程的透明化。該煤礦原巖最大主應(yīng)力值為9.79～12.05MPa，傾角為1.5～9.6°，方位角為254～274°，近水平最大主應(yīng)力值約為垂直應(yīng)力值的1.7倍。
2巷道圍巖變形破壞特征
因?yàn)橄锏赖膰鷰r是碎裂結(jié)構(gòu)，因此其節(jié)理發(fā)育強(qiáng)度很低。在進(jìn)行煤礦挖掘的過(guò)程中，巷道會(huì)受到采動(dòng)的影響，進(jìn)而導(dǎo)致圍巖發(fā)生一定的'擠壓流動(dòng)性變形。在實(shí)際的采礦過(guò)程中，巷道所發(fā)生的變形主要具有以下特點(diǎn)：巷道在挖好后因?yàn)樵瓉?lái)的內(nèi)部壓力發(fā)生變化，使得圍巖存在較大的變形，因?yàn)橄锏赖拇嬖跁?huì)是整個(gè)巷道內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致礦壓發(fā)生劇烈的變化。在回采巷道掘進(jìn)時(shí)，巷道的頂板以及底板移近的速度最高能夠超高100mm/d。此外，巷道內(nèi)圍巖流動(dòng)性較強(qiáng)，在挖掘后很長(zhǎng)一段時(shí)間都無(wú)法保持穩(wěn)定，發(fā)生變形的速度相對(duì)較快。因?yàn)閲鷰r結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，因此其極易受到外界的影響，在采礦過(guò)程中無(wú)論是返修還是放炮，都會(huì)導(dǎo)致整體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得圍巖的變形進(jìn)一步的加大。因?yàn)橄锏赖牡装逄幍囊苿?dòng)量要大于兩側(cè)，因此存在十分嚴(yán)重的變形形象，底板處的鼓包十分的嚴(yán)重。在礦區(qū)開(kāi)采的過(guò)程中，影響的范圍十分的大，越是靠近工作區(qū)域的巷道所受到的影響越大，變形十分的影響。
3軟巖礦井采區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)
為了提高亢進(jìn)采礦區(qū)巷道的整體強(qiáng)度，確保采礦時(shí)巷道的穩(wěn)定性，相關(guān)的部門對(duì)于巷道進(jìn)行了整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體包括以下內(nèi)容：
3.1巷道位置優(yōu)化
考慮到該礦區(qū)所在區(qū)域的巖層分布十分的不均勻，因此必然存在一些巖層是非軟巖地質(zhì)，因此在進(jìn)行采取選擇時(shí)，進(jìn)行巷道的開(kāi)鑿時(shí)盡量的選擇一些巖層強(qiáng)度較高的區(qū)域，盡量避免軟巖區(qū)域，這樣能夠有效的提高巷道的穩(wěn)定性，確保采取時(shí)巷道的強(qiáng)度能夠滿足相應(yīng)的適應(yīng)要求。
3.2對(duì)巷道方向進(jìn)行優(yōu)化
在進(jìn)行礦區(qū)巷道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，巷道開(kāi)挖后重新分布的應(yīng)力與開(kāi)挖之前的應(yīng)力比值就是應(yīng)力集中系數(shù)，其能夠有效的反映出巷道中應(yīng)力的集中情況。在進(jìn)行巷道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不同形狀的巷道在設(shè)計(jì)時(shí)其頂板的應(yīng)力集中系數(shù)會(huì)跟隨自然應(yīng)力比值系數(shù)的變化而進(jìn)行線性增加。在構(gòu)造應(yīng)力的作用之下，自然應(yīng)力的比值系數(shù)一般都在1以上，而底板的重新分布應(yīng)力因?yàn)榧谐潭冗^(guò)高，很容易被破壞，容易導(dǎo)致底板發(fā)生變形。因此在巷道設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要注意控制構(gòu)造應(yīng)力，其往往是導(dǎo)致巷道發(fā)生變形的主要原因。在進(jìn)行巷道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化巷道的方向能夠有效的控制構(gòu)造應(yīng)力，確保巷道的穩(wěn)定，降低其對(duì)于巷道穩(wěn)定性的影響。
3.3控制回采工作面接續(xù)
在該礦區(qū)開(kāi)采的過(guò)程中，剛開(kāi)始接續(xù)工作面采取采區(qū)內(nèi)工作面前進(jìn)式跳采，導(dǎo)致中巷始終受到采動(dòng)壓力的影響；并同時(shí)形成“孤島”式工作面開(kāi)采的問(wèn)題，而“孤島”式開(kāi)采導(dǎo)致工作面兩巷始終受到采動(dòng)壓的影響。采用將中巷送到采區(qū)邊界，從采區(qū)邊界進(jìn)行后退式兩翼跳采，即一翼開(kāi)采，另一翼進(jìn)行準(zhǔn)備；從而避免了中巷始終受到采動(dòng)壓力影響及“孤島”式工作面開(kāi)采的問(wèn)題。
3.4礦井巷道斷面幾何形狀的優(yōu)化
軟巖礦井巷道斷面幾何形狀的選定，既要滿足設(shè)備布置與安全運(yùn)行、通風(fēng)、排水、行人等綜合需要，還要保證圍巖及支護(hù)承受應(yīng)力的狀態(tài)良好，提高圍巖自支撐能力。
3.5巷道應(yīng)力集中區(qū)的優(yōu)化
軟巖巷道在交叉處及曲率變化，斷面大小更迭時(shí)多在其處產(chǎn)生集中應(yīng)力；為此在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量避免或減少大斷面巷道交岔、直角度交岔或斷面直接變換，做成曲線變換和斷面大小過(guò)度變換。
4結(jié)語(yǔ)
在進(jìn)行礦區(qū)開(kāi)采的過(guò)程中，礦井開(kāi)采區(qū)巷道的穩(wěn)定性直接影響著礦井的安全與開(kāi)采效率。軟巖去的礦區(qū)地質(zhì)較為松軟，并且在采礦過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)圍巖發(fā)生應(yīng)力變化，導(dǎo)致巷道發(fā)生變形，對(duì)此相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)巷道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，綜合采用多種方法提高巷道的穩(wěn)定性，確保礦區(qū)的正常開(kāi)采。
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