深部巷道支护方案数值模拟优化研究

收稿日期:2011-11-04 作者简介:任前程(1985 －) ，男，安徽淮北人，在读硕士研究生，研究方向为矿山压力与岩层控制。 doi:10． 3969 / j． issn． 1005 － 2798． 2012． 02． 005 深部巷道支护 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 数值模拟优化研究 任前程 (安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001) 摘 要:根据深部巷道大变形、蠕变特性，分别提出锚网索喷联合支护，分步加强联合支护和分步加强不注 浆联合支护方案。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明采用数值模拟研究比分步加强联合支护方案有优越性。 关键词:深部巷道;数值模拟;优化研究 中图分类号:TD353 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2012)02-0011-03 Deep Roadway Numerical Simulation and Optimization of Program REN Qian-cheng (Anhui University of Technology Energy and Security Institute，Huainan 232 001，China) Abstract:According to large deformation，creep properties deep tunnel，puts forward three kinds of bolting and shotcreting with wire mesh，step by step to strengthen co － supporting and strengthening non － slip step combined support support scheme． The results show that the numerical simulation of the score to further strengthen the joint support scheme has advantages． Keywords:deep roadway;numerical simulation;optimization 1 地质条件及模型构建 根据某矿地质资料和巷道实际掘进情况， － 1015 m轨道大巷主要处于太原组分界砂岩下部， 地层走向 60°，倾向 330°。煤岩层倾角 23°，平均倾 角约 23°，地质构造简单。巷道断面为半圆拱形，巷道 掘进断面为 22． 44 m2、净断面为 20． 53 m2。巷道断面 掘进宽度 5． 5 m，净宽度 5． 2 m;掘进高度 4． 5 m，净高 度 4． 1 m，墙高 1． 75 m。 巷道的埋深约为 1 030 m，因此，模型上部施加 垂直载荷模拟上覆岩层的岩重，初始应力场的垂直 应力为 24． 72 MPa，水平应力为 10． 13 MPa，模型侧 面限制水平位移，模型底面限制垂直位移。数值模 型高 34 m，宽 30 m，长 200 m，如图 1 所示。 图 1 巷道数值模型 根据现场地质资料和相关研究提供的岩石力学 试验结果，考虑到岩石的尺度效应，模拟试验采用的 部分岩体力学 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 见表 1。 表 1 模型中各岩层的物理力学参数 岩性 厚度/m 容重/ (kg·m－3) 弹性模 量 /MPa 泊松比 内聚力 /MPa 内摩擦 角 /(°) 抗拉强 度 /MPa 中砂岩 4． 2 2 690 1 000 0． 22 3． 80 42 1． 6 细砂岩 6． 8 2 660 900 0． 25 3． 20 40 1． 3 泥岩 4． 5 2 461 700 0． 20 1． 70 32 0． 8 9 煤 0． 9 1 380 500 0． 30 1． 10 30 0． 05 泥岩 3． 4 2 461 700 0． 20 1． 70 32 0． 8 2 支护方案设计 针对深部巷道大变形，强蠕变效应特点［1 － 4］，共 设计 3 种支护方案，方案一:锚网索喷联合支护;方 案二:“一次锚网喷 +二次锚索和锚注”分步加强联 合支护方案;方案三:“一次锚网喷 +二次锚索”分 步加强联合支护方案。 2． 1 锚网索喷联合支护方案 巷道支护采用锚网索喷联合支护，如图 2 所示， 锚杆型号为 MGL /20 /2200 /610 /30，锚杆间距0． 8 m， 排距 0． 8 m，锚杆外露长度从托盘往外不超过 11 成果应用 总第 150 期 50 mm。锚索型号为 SKP18 /1 × 7 /8150 /1500 /1720 / 5，间距1． 6 m，排距 2． 4 m，外露长度不超过 350 mm。 混凝土标号 C20，配合比水泥 ∶ 砂 ∶ 石子 = 1∶ 2 ∶ 2． 2，速凝剂(型号 J85)掺入量为水泥重量的 2% ～ 4． 5%，水灰比 0． 45 ～ 0． 5。最大控顶距:喷浆 2． 0 m，最小控顶距 0． 4 m。铺 1． 44 m × 0． 96 m 钢 筋方格网，其规格为 D6 mm的钢筋，网孔为 120 mm ×100 mm，搭接 100 mm，每隔 200 mm，用 14 号铁丝 双股绑扎一道。 图 2 方案一设计断面及支护参数(单位:mm) 2． 2 分步加强联合支护方案 分布加强联合支护流程为:初喷 (20 ～ 30 mm)—挂网、打设锚杆或架棚—架设梯子梁、打 设锚索(滞后工作面 10 ～ 20 m)—复喷成巷—注浆 (滞后 60 m)—二次喷浆，如图 3 所示。在巷道破碎 带采用“架棚(让压变形)+二次锚索和锚注(围岩 结构强化)”分步加强联合支护方式。 图 3 分步加强联合支护流程 2． 3 分步加强不注浆支护方案 分布加强联合支护流程为:初喷 (20 ～ 30 mm)—挂网、打设锚杆或架棚—架设梯子梁、打 设锚索(滞后工作面 10 ～ 20 m)—复喷成巷—二次 喷浆。 3 三种方案的数值模拟研究 1) 方案一数值模拟结果如图 4、图 5。 图 4 方案一开挖 30 m巷道的位移场分布 图 5 方案一开挖 30 m巷道的应力场分布 21 2012 年 2 月 任前程:深部巷道支护方案数值模拟优化研究 第 21 卷第 2 期 2) 方案二数值模拟结果如图 6、图 7。 图 6 方案二开挖 30 m巷道的位移场分布 图 7 方案二开挖 30 m巷道的应力场分布 3) 方案三数值模拟结果如图 8、图 9。 图 8 方案三开挖 80 m巷道的位移场分布 图 9 方案三开挖 80 m巷道的应力场分布 因分步加强联合支护方案开挖 30 m 时也未注 浆，因此未注浆分步加强联合支护 (下转第 43 页) 31 2012 年 2 月 任前程:深部巷道支护方案数值模拟优化研究 第 21 卷第 2 期 至耙式浓缩机或压滤机。 改造后的工艺流程如图 2 所示。 图 2 改造后煤泥水系统工艺流程 4 改造效果 1) 洗水浓度下降至 40 g /L以下，确保了洗煤 的正常运转。 2) 浮选入料稳定在 150 g /L 以上，浮选效果 明显改善，沉淀塔溢流水浓度下降至 50 g /L以下。 3) 精煤灰分稳定，去除了高灰细泥的污染。 4) 经济效益。①改造前每日要单独开浮选 4 h 以上，改造后基本不用单独开浮选降浓度，每年按 300 d开车计算，节约费用 25 万元。②节约了浓缩 药剂。由于浓缩效果差，不得不增加絮凝剂用量，效 果还不好，改造后按正常生产计算，每年可节约絮凝 剂 2 t以上，节约费用超过 1． 5 万元。 ［责任编辑:王伟瑾 檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷 ］ (上接第 13 页)方案分析了开挖 80 m的情况。限于 文章篇幅，未列出 3 种方案开挖离掘进面 80 m、 130 m、180 m 分析云图。开始、最终结果以表格形 式分析如表 2、表 3。 表 2 离掘进工作面 30 m处的巷道围岩变形及应力分布情况 支护方式 顶底移近量 /mm 两帮移近 量 /mm 最大垂直应 力 /MPa 最大水平应 力 /MPa 支护方案 1 64． 5 30． 1 38． 8 22． 0 支护方案 2 78． 8 41． 7 37． 5 21． 4 支护方案 3 78． 8 41． 7 37． 5 21． 4 表 3 离掘进工作面 180 m处的巷道围岩变形及应力分布情况 支护方式 顶底移近量 /mm 两帮移近 量 /mm 最大垂直应 力 /MPa 最大水平应 力 /MPa 支护方案 1 469． 6 454． 5 42． 5 21． 4 支护方案 2 114． 9 75． 1 36． 4 19． 7 支护方案 3 62． 1 255． 1 39． 0 20． 0 4 结 语 1) 在距离掘进工作面 30 m处，采用锚网索喷 联合支护方式比采用其他两种支护方式的巷道围岩 变形较小，巷道围岩应力没有充分得到释放，其围岩 应力相对较大，不利于充分发挥围岩的自我承载能 力和缓解巷道支护结构上的支护力;在距离掘进工 作面 180 m处，采用锚网索喷联合支护方式的巷道 围岩变形速度仍然较大，巷道围岩变形难以取得稳 定。 2) 采用“一次锚网喷”的让压变形，“二次锚 索”的围岩强化，使得巷道围岩应力通过变形得到一 定的释放，充分发挥了围岩的自我承载能力，减小了 支护结构上的支护力，表明“一次锚网喷 +二次锚 索”分步加强联合支护方式优于锚网索喷联合支护 方式。 3) 采用锚注的分步加强联合支护方式增加了 围岩的强度，提高了围岩的自我承载能力，减小巷道 围岩的蠕变变形。随着到掘进工作面距离的增加， 采用锚注的分步加强联合支护方式与不采用锚注支 护的分步加强联合支护方式的巷道围岩变形及破坏 的差别逐渐明显，表明“一次锚网喷 +二次锚索和锚 注”分步加强联合支护方式优于“一次锚网喷 +二 次锚索”分步加强联合支护方式。 参考文献: ［1］ 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制［M］．徐州:中国 矿业大学出版社，2003． ［2］ 徐永圻． 采矿学［M］． 徐州:中国矿业大学出版社， 2003． ［3］ 李德忠，夏新川，韩家根，等 深部矿井开采技术［M］． 徐州:中国矿业大学出版社，2005． ［4］ 袁 亮．深部巷道围岩控制理论及淮南矿区工程实践 ［M］．煤炭工业出版社，2006． ［5］ 杨 涛，林登阁，魏明俐．深井高应力裂隙围岩蠕变控 制技术研究［J］．煤，2010，19(2) :1 － 3． ［6］ 丁 鹏．基于反演理论的深部巷道支护方案优化研究 ［D］．长沙:中南大学，2007． ［责任编辑:王伟瑾］ 34 2012 年 2 月 曹旭兵:煤泥水系统的优化改造 第 21 卷第 2 期