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1、岩巷顶底板移近量预计及其支护形式的确定?。柯克一 博士工程师到目前为止,还没有提出过一种适合 于开拓和准备巷道的计算方法,像对回采巷道那样,在设计阶段就能够对其将出现的变形作出量的预计,业采用相应 的支护 形式。最近几年,矿山研究股分有限公 司所属的矿井支护及岩石力,笋研究部门成功地解决了上述问题。本文所阐述的计算方法,只依据在设计时所己知的一些影响数值。图?为开拓和准备巷道在其整个服务期限内的顶底板移近量情况。在最初阶段,巷道的顶底板移近量是由掘进所引起的。岩石弹性变形时 的应 力转移,最近在掘进掌子 面后两倍巷道直径处便趋于稳定,在爆破掘进时,这种情况一般为?、?天 时向。相反,由断裂变形
2、引起的顶底板移近童的增加,在许多情况下要持续? ?天或更 久。在这期间,顶底板移近量曲线最初上升得很快,随着巷道服务年限的增加,该曲线越来越平缓,直至达到掘进移近量的最终值?八为止。之后还出现与时间有关的另外的移近 量,这种性能称为“蠕变”一。如果有矿拱娥存于巷道 底板下,那应在所出现的移近 量 中,以蠕变移近量?,为主。由于开拓和准备巷道周围的开采而使其遭受到压力的变化或者岩层 的下沉,那么,移近量将增大?值。在开采影响结束后,也还会出现别的蠕变移近 量。过去,由于掘进移近 量很小而在采矿实践中未弓?起重视。目前,在西德各矿区,由于 回采 深度的增加以及掘进程度的提高,己出现这样的后果?在巷
3、道掘成之后,如果不及时进行修护工作,例如将 巷道降低,那么,由于文架变形超过了其允许限度而使该巷道很快报废。年丫?才几丫 旧?嗓 好犷丁几不? 度洲 的、肠图工开拓 和 准备巷 道中,预 底板 移近的发展过程影响掘进移近量 的因素研究表明,开拓和准备巷道在掘进时,顶底板的移近 量可用顶底板岩层压力?和底板岩石的抗压强度日?,? 来表达。在未采动岩层中,岩层在竖直方向的平均压力同岩石的平均比重?与深度?的乘积近似相等。该压力 也可称作覆岩压力或深度压力?。二?对于在回采边界或者残余煤柱的影响范围内所掘的巷道,其顶板岩层压力可用?艾维尔林和?一?迈尔所提出的计算模型来确定。在西德各矿区,采用非常简
4、单的方法对岩石进行分类。在回采巷道中,来用这?分类方法可以确定岩层对于巷道 移近量的影响。经研究指 出,顶板岩层的结构对回采巷道移近量的影响是不明显的。这种情况可以归化为?当断面为拱形而在不 文护的 情况下,巷道底板岩层由于末被切割断而具有大的自由弯曲长度,团而是最薄弱处。在回采巷道中,底板膨起的拍对值平均说来是顶板下沉值的两信。在开拓和准务巷道中,一般来说,顶瓜下抓占总移 近量 的? ?加?。因此,在该类巷 道中,底板岩层对于移近 量的影响也最大。为了确定底板岩? 丢对回采巷道移近量影响的数值,西德矿山己将岩石的特征指数从矿山测量的角度于以扩充。对有利于产生移近量的岩石,其特征效为?,而不利
5、于产生移近 量的岩石,其特征数为?。一般情况下采用岩层电侧来确定其特征数值。在设计阶段,其特征值可通过电侧钻孔来获得。设计的岩层电测图应在掘进巷道 时,通过地质观测精确地测定。底 板特征值相当丁一个用数值来表示的岩石 的坚固性尺度。岩石 越软,特征值越大。这种“值”的划分可以用岩石单向抗压强 度“量”的大小来替代? 底 板特征值?同平均坑压 公度?之间的 关系可用回归法确定如下?一? ?心 ?二一? ? 。?利 用上式,可使一任意岩层序对应 于一个平均的岩石伉压强度。这种由底板特征位导出的各岩层 的抓度,可作为巷道底板层的强 度米看行。掘进移近量、矿 压及巷道底板岩 层的强度在拓条拱形文架平巷
6、中,? ?个 测点上用常用的巷道观 测方法进行了顶底板移近量的测量工作。施 测结呆,移近 量分 别为原始高度的。? ? !。以现有的 岩层 电测结果,可求得每一巷道所穿过的岩层的强度,在必要的情况下,可用?艾维 尔林和?迈尔提出的岩层压力计算模型来确定岩层的压力。由研究可知?掘进移近量随着矿压的增大以及岩石强度的减小而增大。由此可以理解,掘进移近量?、为用分子为顶板压力?、而分母为巷道所通过的岩层强度的关系式来表达。在确定该关系式时,采用了 回归计算方法、业以各种不 同的方式考虑了顶板压力?与岩层 强度日。的比值关系。如果把巷道荷载定义为顶板压力?与巷道所穿过的岩层 强度日?的平方根的比值,那
7、么,顶板压力同开拓和准备巷道 的掘进移近量之间采用线性关系是比较合适的。其公式为?人“一?“于百责士 ”?置信度为? ?为明显起见,图?中分别绘出了顶板岩层压 力与底板岩层强度对于移近量的影响曲线。左面的图所描述的是顶板压力对移近量的影响。为得出这一与巷道底板强度无关的图像,可将岩石的平均强度日?二?“?百万牛吨? 米“下同?代入公式?以计算移近量? ?、?护育一 ?了日?一?根据测点值在图上的位置可以证明,顶板岩层压力与移近量之间呈线性关系的假设是正确的。相反,如果要绘制掘进移近量同底板岩层 的相关 图,则以平均顶板 压力? ?二?“代入式?产二?气十?中计算移近量,即可得到右面的移近量曲线
8、图。在 岩层强度值较小的范围内?低于 ? ?“?移近量的激剧增加现象,衷明在软岩层中掘进时,巷 道 的移近量 是很明显的。将公式?绘 制为 图 表,如图?所示,从 图中可以看出?巷道的掘进移近量在每一具体条件下,能够达到多大的数值。图 中的直线表示掘进移近量的变化过程,它取决于深度、岩层 种类以及岩石强度。目前,在西德矿区最深的巷道己超过? ?米。如果只在深度压力的情况下掘进巷道,亦即没有回采边界的影响,当巷道的底板是由粘土页岩构成时,预计的掘进移近量大约为巷道原始高度的? ?当巷道的底板仍由上述岩层构成,而位于? ? 米深或者相应于顶板压力为? ?“的回采边 界 的影 响而停掘时,那么移近量
9、将达 巷道 原始 高度的? ?采用目前的支护 技 术?无底梁 拱 形支架?。如果巷道底板是由煤系地层的软岩底板构成业 在多次重复开采的影 响下,位于? ?米深度 时,移近量约为原始 高度的?。在底板为砂岩的情况下,每增加? ?米深度,移近量增加原始高度的?碑?如果底板是由煤系地 层软岩组成时,则移近量将增加原始高度 的?。图中直线与横轴交点表示掘进移近量的极限条件。巾掘进的巷道,在其掘完以后,不产生移近量。例如,巷道 底板由粘土灭岩组成,底板图?掘进移近量同 顶板压力和岩层种类相关图特征数为?,强度为日? ?二“,如果该 巷道的 深度大于? ?米或者顶板压力大于?时,会出现顶底板移近。在致密的
10、砂岩中掘进的巷 道?底板特征数?,岩石强度日? ? ?“时,才出现顶底板移近。黑卜嘛词翩价料琳救获?会?之?弓汤尸二?一二一一?一山一一扁?口?卜州扭? ? ? 厂? ? ?厂?巧排尸。日一公 ?冬迫围岩强?望三工? ?八, ?川? 一一工? ?一一一, ?咚? 岌 朽 弓?故 ?工?仁犯?度?图?顶底压 力?左 图?及底板强度对移近量 的影响图?中的曲线所描绘的是产生掘进移进量所必需的顶板压力?探度?与底板强度的相关图。在深部或者在曲线下方的顶板压力图?模型试验与井下巷道翻进移近量出现的极恨 条件根据井下测量结果所绘制的极限曲线,己由矿井支护和岩石力学研究部门用具有巷道模型试验台的模拟试验得
11、到证实。在试验台上,按?,? ?的比例仿制了断面为叭米丫? ? 米 的岩石试件,业将最大的顶板限力? ?扩一一相当 于? ?。米的深拿,一传递到试件上。图?中用黑点毒示的即为模拟试验结果。该项试脸 曾肉?女?菲利灰主常?乒立发表在其所撰写的论文中。井下测量结果同模拟试验,在所研究的强度范围之内,表现 出 良好的一致性。这种一致性表明?根据模拟试验开始出现顶底板移近的极限深度能够直接应用于井下条件。在模拟试验 中所采取的支护措施,例如底板封闭、底板锚固以及装配式钢 筋混凝士支架,也可根据出现掘进移近的极限深度 应用于井下。在表?中列举了一 些被考虑巷道的特征值,这些巷道都有移近 现象出现,其中最
12、大值和最小值即给出 了公式?的有 效范围。被考察的巷道位于平均深度为? ? ?米的水平?矿层中,而巷道掘进时的顶板压力相当于深度为?米。一些测定过掘进移近量的巷道的特征 值点的掘进移近量,那么,只有在一个地点所测量的移近量会多于所 计算的原始高度的? ? 。例如,对于 回采巷道,被测量的单个值的离散值,约为预计 平均 的 原始 高度的? ?。表?特征值平均值最小值?最大位? ? ?土?匕? 曰?任,?捆进 深 度?米?掘进 移 近量 ?测量值?掘进移近量?计算值?巷 道围岩强度?约底板 指数顶板压 力? 入? ?对比深 度?米? ? ? ? ? ?。?。? ? ? ?。?。? ?开采影响移近量
13、及其预计?女睬在一条己掘好的巷道的正上方进行回采,? 那么该巷道将经受可变的 压 力。在 巷道的正卞方回采时,巷道除经受可变的压力外,还出现下沉。在巷道的上下方多次重复采动,可使开拓和准备巷道的变形更加剧烈,以教 由于残留的小断面以及剧烈的断面变形而妨碍巷道的安全使用。巷道之间必须相互掘通,这对于巷道服务期甚? 至更长一些时间是很必要的。由于掘进工作很难实现机械化,因而势必增加费用。从岩石力学观点米看,一 项较好的巷道设计一一包括 移近量预计以及选择支架的最佳形式一一有着重大的经济意义。深度为? ?米至?米 时对应的顶板压力 为?一? ?“。这一统计资料所包括的岩层类型为由软的煤系地层 底板一
14、直 到致密的砂岩?底板特征指数平均为?,与?卡莫尔对于回采巷道所提供的数值?很近似。顶底板移近量的范围为巷道原始高度的?一? ?,最大 荷载?了日? ?为?。这一荷载在? ? ?米深处、沿煤系地层底板软宕? ?掘 进 讨可以出 现,在深 度? ?米处、巷道的 底板由 泥质 页岩组成时?日?“?也可 出现 这一数值。如果将巷道原始高度的士? ? 作为离教带,那么,用公式?计算所得的准确率为?,这就是说,如果要预计十个测量地上部开采 引起的巷道顶底板移近下面的例子指出,在位于? ? 米深处的石门所受的压应力。该石门的上部? ?米高处回采一个工作面?图? ,图中描绘出一回采上作面在不 ? 司位置时,
15、对该石门的矿压变化情况。随着工作面离开切 眼距离的增加,未采动煤壁所受的矿压也在增大,业由此而影响到其下 1 0米深处的石门。在 图中A位置时,工作面线离煤壁的距离约为2 0 米,随着工作面的连续推进,对石门的压力增加是很小的。当工作面推过石门以后,石门处于降压区内。在离开切眼10 0米处(B情况 时 ),压力增长较 快,在工作面离开切眼30 0 米以后,压力的增长 达到最大值(C情况时)。当上部回 采 工作面距石门的垂 直距 离很 小时,压 力的增加量将超过深 度压 力的三倍。上部回采结束后,在C的情况下,也会出现压力降低。在回采结束后,从八至C的各种 情况味,压力并遍降低,而在相反方向,越过D的情况下,压 力. 布保持不变,因该石门位于未采动的开采边界之下。P、丈1“一4 7+1“而万一(“,:八声回泳到住断几1: j )前 的欣洁、以压 _一、一飞-一达炸;冬_)方的丫力掘进过程 中,如出现压力P:时,则P2K,二一4 6十1 3.3,寿一(7) 习 p压 力从P,增至P:时,引起的移近 量Kl刀川洲厂卜向川加自司沪心忆 廿了孤几布一花知一商一二杯、 l山 件切眼,沁日价的州忆介推 进距离
