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软岩矿井采区巷道优化设计分析

【摘要】在矿区采矿的过程中需要修建矿井,以便于深度采矿工作的开展。在矿井建设的过程中,会遇到一些软岩地带,因为岩土强度较低,给矿井采矿区巷道施工带来了一定的难度。本文结合实际案例,就详细的分析探讨了软岩矿井采矿区巷道的优化设计,为我国软岩矿井采矿巷道的设计提供了相应的案例。

【关键词】软岩;矿井;采区;巷道;优化设计

1案例概述

某煤矿东西宽度为4.81km,南北方向的长度为6.03km,总面积为28.99km2。在经过详细的勘察计算后于1990年年底移交投入生产。在开采过程中采用中央立井单水平上下山开拓,通风方式选择的是中央并列式通风方式。在进行井下生产的过程中,实施的是一井一面的生产模式,通过综放开采技术进行开采,在生产过程中实现了全过程的监控生产,确保了生产过程的透明化。该煤矿原岩最大主应力值为9.79~12.05MPa,倾角为1.5~9.6°,方位角为254~274°,近水平最大主应力值约为垂直应力值的1.7倍。

2巷道围岩变形破坏特征

因为巷道的围岩是碎裂结构,因此其节理发育强度很低。在进行煤矿挖掘的过程中,巷道会受到采动的影响,进而导致围岩发生一定的挤压流动性变形。在实际的采矿过程中,巷道所发生的变形主要具有以下特点:巷道在挖好后因为原来的内部压力发生变化,使得围岩存在较大的变形,因为巷道的存在会是整个巷道内的整体结构发生变化,导致矿压发生剧烈的变化。在回采巷道掘进时,巷道的顶板以及底板移近的速度最高能够超高100mm/d。此外,巷道内围岩流动性较强,在挖掘后很长一段时间都无法保持稳定,发生变形的速度相对较快。因为围岩结构稳定性较低,因此其极易受到外界的影响,在采矿过程中无论是返修还是放炮,都会导致整体的结构发生变化,使得围岩的变形进一步的加大。因为巷道的底板处的移动量要大于两侧,因此存在十分严重的变形形象,底板处的鼓包十分的严重。在矿区开采的过程中,影响的范围十分的大,越是靠近工作区域的巷道所受到的影响越大,变形十分的影响。

3软岩矿井采区巷道优化设计

为了提高亢进采矿区巷道的整体强度,确保采矿时巷道的稳定性,相关的部门对于巷道进行了整体的优化设计,针对地质条件进行了相应的优化设计,具体包括以下内容:

3.1巷道位置优化

考虑到该矿区所在区域的岩层分布十分的不均匀,因此必然存在一些岩层是非软岩地质,因此在进行采取选择时,进行巷道的开凿时尽量的选择一些岩层强度较高的区域,尽量避免软岩区域,这样能够有效的提高巷道的稳定性,确保采取时巷道的强度能够满足相应的适应要求。

3.2对巷道方向进行优化

在进行矿区巷道设计的过程中,巷道开挖后重新分布的应力与开挖之前的应力比值就是应力集中系数,其能够有效的反映出巷道中应力的集中情况。在进行巷道设计的过程中,不同形状的巷道在设计时其顶板的应力集中系数会跟随自然应力比值系数的变化而进行线性增加。在构造应力的作用之下,自然应力的比值系数一般都在1以上,而底板的重新分布应力因为集中程度过高,很容易被破坏,容易导致底板发生变形。因此在巷道设计的过程中一定要注意控制构造应力,其往往是导致巷道发生变形的主要原因。在进行巷道设计的过程中,通过优化巷道的方向能够有效的控制构造应力,确保巷道的稳定,降低其对于巷道稳定性的影响。

3.3控制回采工作面接续

在该矿区开采的过程中,刚开始接续工作面采取采区内工作面前进式跳采,导致中巷始终受到采动压力的影响;并同时形成“孤岛”式工作面开采的问题,而“孤岛”式开采导致工作面两巷始终受到采动压的影响。采用将中巷送到采区边界,从采区边界进行后退式两翼跳采,即一翼开采,另一翼进行准备;从而避免了中巷始终受到采动压力影响及“孤岛”式工作面开采的问题。

3.4矿井巷道断面几何形状的优化

软岩矿井巷道断面几何形状的选定,既要满足设备布置与安全运行、通风、排水、行人等综合需要,还要保证围岩及支护承受应力的状态良好,提高围岩自支撑能力。

3.5巷道应力集中区的优化

软岩巷道在交叉处及曲率变化,断面大小更迭时多在其处产生集中应力;为此在设计过程中尽量避免或减少大断面巷道交岔、直角度交岔或断面直接变换,做成曲线变换和断面大小过度变换。

4结语

在进行矿区开采的过程中,矿井开采区巷道的稳定性直接影响着矿井的安全与开采效率。软岩去的矿区地质较为松软,并且在采矿过程中会导致矿区内围岩发生应力变化,导致巷道发生变形,对此相关的设计人员应当对巷道进行优化设计,综合采用多种方法提高巷道的稳定性,确保矿区的正常开采。

作者:李联胜 单位:宁洱胜利煤矿

参考文献

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