【摘要】：煤礦井筒落地層位不當,巖性異化非均勻變形,造成圍巖變形破壞嚴重,以山西潞安漳村煤礦邕子風井馬頭門為例,在地質(zhì)力學參數(shù)測試的基礎上,對井筒不同落地層位及支護情況下,馬頭門圍巖變形及塑性區(qū)分布情況進行了數(shù)值模擬分析,得出了井筒落地層位選擇及支護強度是影響馬頭門變形失穩(wěn)的主要因素。采用水泥注漿配合注漿錨索支護的方法,對馬頭門及井筒區(qū)域進行綜合加固。結(jié)果表明:注漿后圍巖結(jié)構(gòu)完整,巷道的變形量僅為10mm左右,注漿錨索受力穩(wěn)定,加固效果明顯。
【圖文】：

馬頭門設計斷面為直墻半圓拱形，凈寬6.3m，凈高6.5m，支護形式為錨網(wǎng)索噴加現(xiàn)澆鋼筋混凝土支護。錨桿強度335MPa，直徑22mm，長度2.4m，間距800mm×800mm;錨索直徑18.9mm，長度8.3m，間距1600mm×1600mm;噴射混凝土強度C25，厚度50mm。混凝土襯砌:拱部、墻部為C30鋼筋混凝土，厚度450mm;底板為鋼筋混凝土平板，厚度300mm，螺紋鋼筋直徑18mm。進風立井馬頭門井筒落地層位柱狀圖如圖1所示。圖1井筒落地層位柱狀井檢孔與進風立井井筒距離約25m，通過井檢孔探測，井筒實際揭露3號煤層底板標高為+502.50m，煤層厚度5.3m，而井檢孔揭露3號煤層底板標高為+506.05m，煤層厚度5.93m，井筒實際施工揭露3號煤層層位情況與井檢孔柱狀圖煤層層位出現(xiàn)明顯差別，馬頭門位于3號煤層及其頂部砂質(zhì)泥巖中。2馬頭門區(qū)域地應力及圍巖結(jié)構(gòu)調(diào)查2.1馬頭門區(qū)域地應力分布及圍巖強度影響采用小孔徑水壓致裂耦合測試對馬頭門區(qū)域進行地應力測試，共布置2個測試點。通過測試，第1測點最大水平主應力為11.46MPa，最小水平主應力為7.11MPa，垂直應力為10.66MPa;第2測點最大水平主應力為11.61MPa，最小水平主應力為6.57MPa，，垂直應力為10.56MPa;地應力場在量值上屬于中等應力區(qū)。兩個測點最大水平主應力方向分別為N45.5°E，N51.9°E。兩個測點中最大水平主應力大于垂直主應力，應力場類型為σH＞σV＞σh型應力常該區(qū)域巷道頂板泥巖強度平均值為53.28MPa。中粒砂巖強度平均值為97.43MPa，3號煤平均強度為13.78MPa。2.2馬頭門破壞圍巖結(jié)構(gòu)窺視為了準確了解馬頭門的圍巖變形情況，對馬頭門、井筒與井底水窩連接段及相關(guān)硐室圍巖結(jié)構(gòu)進行了窺視，頂板窺視孔深12m，幫部窺視孔深10m。窺視結(jié)果顯示，馬頭門區(qū)域頂板相對完整，部分位置細小裂

畬?水平主應力大于垂直主應力，應力場類型為σH＞σV＞σh型應力常該區(qū)域巷道頂板泥巖強度平均值為53.28MPa。中粒砂巖強度平均值為97.43MPa，3號煤平均強度為13.78MPa。2.2馬頭門破壞圍巖結(jié)構(gòu)窺視為了準確了解馬頭門的圍巖變形情況，對馬頭門、井筒與井底水窩連接段及相關(guān)硐室圍巖結(jié)構(gòu)進行了窺視，頂板窺視孔深12m，幫部窺視孔深10m。窺視結(jié)果顯示，馬頭門區(qū)域頂板相對完整，部分位置細小裂隙發(fā)育，兩幫1.2m以下為煤層，裂隙發(fā)育，煤層破碎，鉆孔過程中多出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。馬頭門不同位置圍巖結(jié)構(gòu)窺視如圖2所示。圖2馬頭門不同位置圍巖結(jié)構(gòu)窺視2.3馬頭門及井筒圍巖變形破壞數(shù)值分析根據(jù)井筒的不同落地層位建立數(shù)值模擬模型，模型共有143270單元、24381節(jié)點，分別模擬了馬頭門位于3號煤底板及3號煤層中等不同層位馬頭門圍巖破壞情況。支護方式為錨網(wǎng)索噴+雙層鋼筋混凝土砌碹支護，噴射混凝土標號為C25，厚度100mm，砌碹雙層鋼筋混凝土標號C40，厚度500mm。錨桿為鐖20mm×2400mm高強螺紋鋼錨桿，間排距800mm×800mm，錨固力不小于70kN;網(wǎng)片鐖6mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格100mm×100mm;錨索鐖17.8mm×7300mm鋼絞線，間排距1600mm×1600mm，錨固力不小于130kN。錨索用2000mm×100mm×10mm扁鋼帶連接成一個整體。馬頭門及井筒不同落地層位圍巖最大位移云圖如圖3所示，圍巖塑性區(qū)分布如圖4所示。通過數(shù)值模擬可以得出:當馬頭門位于3號煤層中時，馬頭門與井筒連接部分變形量最大，塑性區(qū)范圍也最大，但井筒上部變形較小，塑性區(qū)范圍也較小，馬頭門兩幫移近量大于頂?shù)装逡平�，塑性區(qū)主要分布在兩幫及拱肩位置，與現(xiàn)場情況基本一致。59李文洲:井筒落地馬頭門圍巖異化破壞機理分析及注漿綜合加固2017年第6期

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本文編號：2563084