朱 毅

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)股份有限公司西銘礦，山西 太原 030000)

1 前言

西銘礦是山西焦煤集團(tuán)一個(gè)特大型現(xiàn)代化煤礦，年產(chǎn)360萬t煤。所研究的軌道巷圍巖節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通過巖體表面結(jié)構(gòu)面掃描系統(tǒng)，獲取巖體裂隙產(chǎn)狀信息，利用模擬軟件建立巷道開挖空間與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的礦體模型，對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為礦山生產(chǎn)提供科學(xué)、可靠的支護(hù)保障。

2 結(jié)構(gòu)面調(diào)查

3GSM系統(tǒng)能夠?qū)r體表面結(jié)構(gòu)面信息進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查并建立節(jié)理裂隙產(chǎn)狀模型[1]。礦山巷道巖體結(jié)構(gòu)面采集的圖像導(dǎo)入系統(tǒng)配套的軟件，經(jīng)過人工描繪，3GSM系統(tǒng)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，得到結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢產(chǎn)狀為：142.3°∠60.82°，305.86°∠59.04°。巖體表面結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀具體信息如圖1所示。

3 巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 軌道巷斷面尺寸及支護(hù)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，軌道巷規(guī)格為倒梯形，其高度3.6m，底邊4.0m，頂邊4.6m。斷面尺寸見表1和圖2。

圖1 赤平極射投影圖

3.2 軌道巷支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究

根據(jù)軌道巷斷面形狀，結(jié)合巷道結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息，通過數(shù)值模擬軟件構(gòu)建危險(xiǎn)塊體模型，對(duì)每個(gè)塊體的重量、安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3和表2所示。8#塊體位于巷道頂板，1#塊體位于巷道底板，7#塊體和2#塊體分別位于巷道兩幫。此巷道開挖空間與結(jié)構(gòu)面形成4個(gè)主要塊體。

由結(jié)構(gòu)面與開挖空間形成的不穩(wěn)定塊體為8#塊體，安全系數(shù)為0，極易發(fā)生滑移破壞，需要對(duì)8#塊體所處區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，保證巷道穩(wěn)定及后續(xù)開采工作的正常進(jìn)行。

表1 巷道斷面尺寸

圖2 軌道巷斷面設(shè)計(jì)尺寸(圖中數(shù)據(jù)單位為mm)

圖3 巷道及關(guān)鍵塊體模型

塊體編號(hào)塊體重量/t安全系數(shù)1#6.23穩(wěn)定2#16.2829.817#13.988.738#9.480.00

3.3 按數(shù)值模擬計(jì)算支護(hù)參數(shù)

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行巷道支護(hù)，錨桿長度取1.8m，錨桿間距2m、排距1.5m，模擬結(jié)果顯示8#塊體安全系數(shù)提高至2.04，大于塊體穩(wěn)定狀態(tài)的安全系數(shù)1.5，見圖4。為了進(jìn)一步提高安全系數(shù)，可以通過加密錨桿即減小錨桿間距的方式。通過模擬計(jì)

圖4 錨桿支護(hù)(安全系數(shù)F=2.04)

算，可以對(duì)危險(xiǎn)塊體進(jìn)行有效支護(hù)，提高巷道穩(wěn)定性。由于危險(xiǎn)塊體位于頂板位置，設(shè)計(jì)的兩幫錨桿可適度減少，以降低支護(hù)成本。

4 結(jié)語

3GSM系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確還原巖體表面結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息統(tǒng)計(jì)，為巷道圍巖巖體質(zhì)量分級(jí)和巖體穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。利用模擬軟件構(gòu)建開挖空間與結(jié)構(gòu)面形成的不穩(wěn)定塊體模型。巷道頂板位置形成的8#塊體處于極易冒落的狀態(tài)，通過理論計(jì)算和數(shù)值模擬分析，采用長1.8m、間距2m、排距1.5m的樹脂錨桿進(jìn)行圍巖支護(hù)，安全系數(shù)提高至2.04。結(jié)構(gòu)面信息采集系統(tǒng)及數(shù)值模擬計(jì)算能夠?yàn)橄锏婪€(wěn)定性分析及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化提供高效、可行的研究途徑。

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