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3工程应用 开溧林南仓矿设计能力1.2Mt/a，-650m轨道石门、-650m回风石门是贯通南部区域的重要工程，因地应力较高(第一主应力21.1MPa)且方向与石门正交，围岩岩性软弱，巷道掘进后，煤8以上及穿煤段以水沟内翻为特征发生剪切滑移型底鼓，煤8至煤12间部分泥质软岩段因蒙脱石含量高，有小构造导通煤5顶板砂岩水，发生遇水膨胀型底鼓。巷道施工以来，大量人力消耗在底鼓清挖及帮顶刷扩上，先后尝试锚(索)喷-注、密集支架、全断面浇筑等支护技术，但综合成本、施工效率或支护效果不够理想，这为浅拱底梁的现场应用提供了比对条件。 试验点位于-650m轨道石门的煤12至煤6段，其中可判定为剪切滑移型底鼓段累计265m(穿煤段40m、煤8顶120m、煤8底105m)，煤8底遇水膨胀型底鼓段86m。采用锚-架-充-注联合支护(图5)，施工过程为:迎头破岩后020mmxi2000mm的HR350右旋螺纹钢锚杆临时护顶并初喷，间排距800mmx600mm；紧跟迎头扶13.36m2的29U棚，棚距600mm；随复喷进行支架壁后喷浆充填，充填层厚度300~400mm；而后预埋规格020mmxi1800mm注浆锚杆，铺底梁、浇筑地坪；滞后迎头30?50m进行全断面注浆，帮顶注浆压力1.5~2.5MPa，底板注浆压力2.0~3.0MPa。此夕卜，煤12至煤8间还试验了锁腿锚杆和帮部锚索补强，锁腿利用大卡缆一腿两杆，棚档间补打015.24mmx_L5300mm锚索。 为期200余天十字断面法表面位移观测表明：剪切滑移型底鼓段两帮和顶底收敛不超过265mm，帮部变形稍大于顶底变形，底鼓量不超过150mm，长期收敛速度在5mm/d以下。截至2012年12月，该矿采用封闭的浅拱底梁支架，结合锚-喷-充-注，顺利穿越了煤12至煤6间的高水平应力泥质软岩和煤体，后期在-650m西大巷、-850m回风斜井的二次修复中推广了浅拱底梁，均取得了较好的工程效果。 但是，在局部淋水量较大的构造切割段，特别是煤9顶(25架棚)和煤8顶(31架棚)处，巷道底鼓为典型的遇水膨胀型，全断面底鼓量达400?600mm，造成上方轨道扭曲偏转，被迫撤除底梁，因涉及上方铁轨移除而一度造成了迎头运料的中断，后期修复极为困难。可见：浅拱底梁支架结合壁后充填、锚杆(索)和注浆等形成联合支护，对于剪切滑移型底鼓造成的巷道失稳有较好的工程效果；但在遇水较为充分的膨胀性软岩中，因底梁抵抗垂直变形能力有限，工程效果不佳，盲目应用会给后续工作带来极大困难。在-650m轨道石门的同层位巷道中，采取底板锚注、预留变形量或整体浇筑，很好控制了遇水膨胀型底鼓的发展。 4结论 1)针对深拱支架在加工、施工和安装等方面的缺陷，开发设计了两节式浅拱底梁，摸索了焊接卡缆实现梁腿搭接的方式，为保障底梁规格质量设计应用了简易焊接台，浅拱底梁具有对底板、棚脚变形的双向控制力，其水平限制力更为明显。 2)分析了支架承载力计算方法，采用ANSYS12.1模拟了单位载荷下浅拱底梁、深拱底梁的内力变化特征和极值点分布状况，开展屈曲特征值计算。均布载荷下，浅拱结构最大承载部位因约束方式不同而分别位于梁端或跨中，深拱则为梁端或过渡点；较之深拱，浅拱底梁应力受矢高变化影响更为敏感，弯曲应力所占比重较小，空间稳定性更强。在水平挤压作用下，底梁弯曲受力为主要承载模式，弯矩与应力随着矢高的加大线性増加，浅拱底梁抵抗水平变形能力远远优于深拱底梁，因而更适合对于剪切滑移底角的控制。 3)以开溧林南仓矿的软岩巷道为背景，实践了浅拱底梁支架为主的锚-架-喷-充-注联合支护。在剪切滑移型底鼓治理中，浅拱底梁的结构优势更能发挥，取得了较好的工程效果；而蒙脱石含量较高的膨胀型围岩中，因底鼓膨胀力超过了底梁竖向承载极限，控制效果不佳，盲目应用可能给后续维修带来极大难度，需要采取底板锚注、预留变形量甚至整体浇筑才能实现稳定支护。 参考文献： [1]齐干，李占金，唐强达，等.深部大断面软岩巷道变形力学机制及耦合支护设计J].采矿与安全工程学报，2009,26(4)：455-459. QIGan,LIZhanjin,TANGQiangda,etal.Deformationmechanicalmechanismandcouplingsupportdesignfordeeplarge-section-soft-rockroadway[J].JournalofMining&SafetyEngineering,2009,26(4)：455-459. [2]王进学，杨胜利，陈忠辉.膨胀软岩巷道底鼓机理与耦合支护技术研宄[J].金属矿山，2008(12):16-20.WANGJinxue,YANGShengli,CHENZhonghui.Studyonthefloorheavemechanismofroadwayinswellingsoftrockanditscouplingsupporttechnology[J].MetalMine,2008(12)：16-20. [3]张燦，张农，许兴亮，等.高地应力破碎软岩巷道强化控制技术研宄[J]o采矿与安全工程学报，2010,7(1):13-18. ZHANGCan,ZHANGNong,XUXingliang,etal.Supporttechniqueintensifyingsoftbrokenroadwaywithhighgroundstress[J].JournalofMining&SafetyEngineering,2010,27(1)：13-18. [4]柏建彪，李文峰，王襄禹，等o采动巷道底鼓机理与控制技术[J]o采矿与安全工程学报，2011，28(1)：1-5.BAIJianbiao,LIWenfeng,WANGXiangyu,etal.Mechanismoffloorheaveandcontroltechnologyofroadwayinducedbymining[J].JournalofMining&SafetyEngineering，2011，28(1)：1-5. [5]刘黎明，杨磊o松散破碎软岩巷道底鼓控制的试验研宄[J].湖南科技大学学报，2007,22(2)：13-16. LIULiming,YANGLei.Experimentalstudyonthetechnologyoffloorheavecontrolinincompactandfracturedsoft-rockroadway[J].JournalofHunanUniversityofScience&Technology,2007，22(2)：13-16. [6]郭志飚，胡永光，任爱武，等o深部膨胀性软岩巷道修复技术研宄[J]o采矿与安全工程学报，2006,23(3)：316-319. GUOZhibiao,HUYongguang,RENAiwu,etal.Roadwayrepairtechnologyinswellsoftrockwithhighdepthandhighstress[J].JournalofMining&SafetyEngineering,2006，23(3)：316-319. [7]姜耀东，赵毅鑫，刘文岗，等o深部开采中巷道底鼓问题的研宄[J]o岩石力学与工程学报，2004,23(14)：2396-2401. JIANGYaodong，ZHAOYixin，LIUWengang，etal.Researchonfloorheaveofroadwayindeepmin-ing[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering,2004，23(14)：2396-2401. [8]李建民，章之燕o深井开采软岩破碎巷道均质支护技术与应用[J]o煤矿开采，2011，16(1)：60-63. LIJianmin,ZHANGZhiyan.Homogeneoussupportingtechnologyofcrackedroadwaysurroundedbysoftrockanditsapplicationindeepmine[J].CoalMiningTechnology,2011，16(1)：60-63. [9]常聚才，谢广祥o深部岩巷底鼓机理及底板超挖锚注回填技术[J]o采矿与安全工程学报，2011，28(3)：361-365. CHANGJucai,XIEGuangxiang.Floorheavemechanismandover-excavation&grouting-backfillingtechnologyinrockroadwayofdeepmine[J].JournalofMining&SafetyEngineering,2011，28(3)：361-365. [10]刘少伟，张伟光，冯友良o深井煤巷滑移型底鼓岩体运移机理及控制对策[J]o采矿与安全工程学报，2013,30(5)：706-711. LIUShaowei，ZHANGWeiguang，FENGYouliang.Studyonmigrationmechanismofslippingfloorheaverockmassindeeproadwayanditscontrolcountermeasure[J].JournalofMining&SafetyEngineering,2013，30(5)：706-711. [11]侯朝炯o巷道金属支架[M]o北京：煤炭工业出版社，1989：116-123. [12]侯朝炯，张树东，邹喜正o巷道可缩性金属支架主要架型的研宄[J].中国矿业学院学报，1987(2)：11-18.HOUChaojiong,ZHANGShudong,ZOUXizheng.Discussiononthesteelmaintypesofyieldableentrysupport[J].JournalofChinaUniversityofMining&Technology,1987(2)：11-18. [13]尤春安o巷道金属支架的计算理论[M]o北京：煤炭工业出版社，2000：47-54. [14]荆升国o高应力破碎软岩巷道棚-索协同支护围岩控制机理研宄[D]o徐州：中国矿业大学，2009. |
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