专题-向斜构造对巷道围岩变形破坏的影响分析.doc

1、向斜构造对巷道围岩变形破坏的影响分析摘要：随着矿井开采深度的增加，特别是在深部靠近向斜轴部的两翼附近，各种地质构造发育，围岩破碎，地质应力集中，掘进巷道开挖后变形速度快，前掘后修，影响到掘进巷道安全，更无法形成采煤工作面。针对向斜地质构造轴心两翼的开采情况，探索分析向斜地质构造对巷道围岩变形破坏的影响分析，并且研究了向斜轴部高应力淋水巷道的地质条件、支护存在的困难，提出了巷道采用锚杆、锚索、槽钢耦合支护，围岩注浆和喷射混凝土加固等综合支护技术，并进行了矿压观测，取得了较好的支护效果，可为此类岩层的支护提供借鉴。关键词：向斜围岩变形巷道支护1 向斜的产生机理与特征1.1 向斜的产生机理向斜是属于

2、褶曲的基本形态之一，与背斜相对。在地壳运动的强大挤压作用下，岩层会发生塑性变形，产生一系列的波状弯曲，叫做褶皱。从形态上看，向斜一般是岩层向下弯曲。因此，从地形的原始形态看，向斜成为谷地。但是，由于向斜槽部受到挤压，物质坚实不易被侵蚀，经长期侵蚀后反而可能成为山岭。向斜的基本形态如图1-1。图1-11.2 向斜的特征向斜岩层向下弯曲，受力集中于中心。同一平面上各点受力不均匀，不宜修建铁路、隧道等工程。向斜构造有利于地下水补给，两翼的水向中间汇集，下渗成地下水，所以向斜是良好的储水构造。如果矿井巷道附近存在向斜构造，那么会比较容易发生突水事故。1.3 向斜构造分析向斜是地壳中岩石受力弯曲变形构造

3、之一。岩石弯曲变形可用于弹性梁弯曲应力和应变来说明。中性边界层，较低的拉伸应力，在上部的压应力和拉（或推）产生的应力越大远离中性层，其最大距离的上边缘和下边缘中的弯曲力矩的作用下岩石最远的层（图1-2）。弯曲应力状态下岩石本身的决定，最大和最小压应力垂直或平行于岩石表面（位于下关的中性层），并垂直于向斜轴（纯弯曲），而中间的压力应该是平行岩石和向斜轴在水平，而中间应力应该平行于岩层面和向斜轴。煤层与顶、底板等岩层组成多层岩系。接缝和顶底板岩石成分，如多岩系。多层岩系折叠应力和应变系统依靠岩系（图1-3）组成。不同层的层与层之间的摩擦，在硬质层差的分布的软质层可以使应力应变状态下向斜更加复杂。整

4、体翼与高压区域下方的拉应力，相对低的压力区的形成性能的中性层以上的中性层向斜轴部。煤层最大剪应力在向斜轴最小，并随煤层倾角增加而增大；距离向斜轴部越近，主应力及其梯度越大。一般媒体的硬度低于围岩，所以煤炭系统经常出现岩石剪切和弯曲褶皱褶皱共生，然后将塑料滑梯，创造剪折剪，使得它比岩石较厚的核心，其硬度较大的形成中，只产生接合，相同厚度等变得粗大的折叠。煤层的滑动量与其厚度成正比。根据克利别尔，在同心褶曲形成时，岩层滑动量可由下式确定：v=d/180，其中，v为滑动量；为岩层倾角；d为岩层厚度。此外，在轴向荷载相同的多层弹性岩石下，软硬互层更容易屈曲波长短于全。这就是为什么在煤田构造广泛发育，小

5、褶皱构造。图1-2 向斜构造的力学示意图图1-3 多层岩体弯曲滑动中各层相对独立的应变系统2 向斜构造区开采岩移变形规律探析地表及岩层内部的移动变形规律因地质构造的不同呈现出明显的差异性几十年来大多是水平的，倾斜的，在急倾斜，通过建立观测站，探索岩石表面和内部位移和变形规律的情况。一些特殊的地质构造，如向斜，以及岩石表面背斜内部移动和变形所造成的采煤法和运动参数是罕见的。这里原徐州矿务集团大黄山内表面和摇滚电台进行分析向斜煤矿测量数据。探索向斜构造开采引起地表及岩层内部移动变形规律，求取了适合本矿区的移动参数。2.1 大黄山矿区地质条件2.1.1 煤矿及开采概况大黄山煤矿位于徐州市东北15km

6、处，1958年建成投产。原设计能力90万t/a，矿井采用立井多水平分煤层分区段开拓方式。向斜南翼急倾斜部分采用小阶段爆破采煤方法，冒落式管理顶板。倾斜煤层均采用走向长臂采煤方法，炮采工艺，全部垮落法管理顶板。3302、3304工作面位于向斜轴的南翼，3303工作面位于向斜轴的北翼煤层厚度4 m。各工作面具体开采情况如表2.1所列。表2.1 各工作面开采情况本区域3302上分层首采工作面1993年5月开始回采，1998年5月3303下分层最后一个工作面回采结束，前后一共经历了5年时间。2.1.2 地质条件黄山煤矿属于徐州复背斜东贾汪向斜。是不完整的，非对称的窄煤盆地。轴向NE60，轴南从下至上分

7、别为倾斜、急倾斜，浅部从90至倒转70，轴北为倾斜、缓倾斜煤层。矿区地处黄河冲积平原，地势平缓，地面标高为+33.0 m左右。2.2 地表与岩层移动规律为了探索移动向斜结构挖掘和岩石内部变形区，岩移参数计算，指导煤矿“三下”开采，分别在地表和井下-320 m水平石门设置了两条倾斜方向观测线，另在地表部分建筑物上设置了少量观测点(见图2-1)l33O2工作面；23304工作面；33303工作面；4一320m石门观测线；5地表观测线；6暗立井图2-1 地表与岩层移动观测站布置使用T2经纬仪加比长尺综合观测，在S3水平与黑色的表面高度尺寸，在四标准要求的观察，历时5年，共进行了65次观测。2.2.1

8、 地表移动变形规律3302、3304两工作面虽在向斜南翼，但由于位于向斜轴部，工作面实际最大倾角为36，仍属倾斜煤层。3302，3304，3303和3工作面开采层次为1847毫米的最大地面沉降，最大倾斜11.3mm/m。0.4410-3 M最大曲率，地表下沉曲线如图2-2所示。图2-2 地表下沉曲线根据观测线实测资料计算分析求取概率积分法预计参数如表2.2所列。表2.2 向斜南北两翼地表移动参数由表2.2可知，靠近向斜轴部开采煤层倾角时，当双方不一致的，其表面的移动和地面移动时，单斜采煤显著不同。倾角较大的翼主要沿冲击传播的垂直方向开采。小的势力范围显著大于一个更大的机翼的翼的角度，挖掘在正常

9、方向主要传输。最大沉降点的较大的一侧倾斜移位。主要是由于南翼煤层倾角急倾斜倾斜，直到逆转，从而使接缝变成地表岩石的运动弱，尤其是倒缝，限制落石运动向外扩散的向斜轴。向斜倾北翼是比较小的，使得移动范围比单斜构造有所增加。2.2.2 岩层移动规律在3302，3304，3303层的石门矿业320M水平测得的最大下沉3234 mm的工作面，35.3毫米/米的最大倾角，最大曲率1.64 x 10-3 /m。虽然-320m水平石门为碹石巷道，石门还造成了严重的破坏概率积分法对运动参数的320米级的石门观察线的计算如表2.3。表2.3 岩层内部移动变形参数-320m水平石门实测下沉曲线如图2-3所示。图2-

10、3 -320m石门下沉曲线测量从-320米水平石门下沉曲线可以看出，在朝着向斜轴范围的不同翅膀坐落在小角度大于大南翼北翼的角度，因为当翼煤层倾角接近或大于岩石和煤层时，摩擦角，从而使翼煤层采煤影响的程度成为弱侧的另一翼，反之亦然 。2.3 大黄山矿区井筒与工业广场的开采2.3.1 地面建筑物与井筒矿井采用立井多水平分煤层分区段开拓方式，生产水平分别为-120 m，- 320 m，-500 m。 在井筒与工业广场煤柱范围，主要开采3煤，煤层厚度4 m，煤层倾角变化较大，属向斜构造，轴向NE60，轴南为急倾斜煤层，轴北为倾斜煤层，煤层倾角约30。开采工作面为3302，3304，3303三个工作面，

11、开采方法均为分层长壁开采，全陷法管理顶板。2.3.2 数值模拟向斜构造本身具有不同于单斜构造的特殊条件，测得的数据和理论来分析岩石的运动，这是很难揭示其特殊的规律和岩石力学与地表移动，使用单为其概率积分法从地面运动基地的性质和轴变形计算，采用有限元法仿真分析。图2-4为暗立井处的竖向移动变形曲线和水平移 动变形曲线图，可以看出：深竖井下沉的岩石体积和更大的垂直压缩，水平移动（偏移）和小值水平变形； 煤层过暗井处，岩层出现了非连续集中变形，而且非连续压缩变形大于偏斜变形，由此预测井筒变形破坏的可能位置将在井筒穿过煤层处。图2-4 暗立井处竖向与水平移动变形曲线图2-5为主井所处岩层的竖向移动变形

12、和水平移动变形曲线图。从尺寸的角度来看，水平方向的移动（即，偏斜量）大于垂直沉降，垂直偏转率大于压缩变形，这是在相对暗的井的情况。歪斜上部井眼和下沉和下沉体积大于下部的偏转量的量。煤无明显变形井筒浓缩，这是一个不同的地方与暗井。可以看出，在主轴和副轴主要承受开采井筒上部偏转和压缩。图2-5 主井处竖向与水平移动变形曲线2.3.3 安全保护技术措施 （1）井筒保护措施 首先对于主井和副井。对主井每周检查一次，检查的力较大的主轴参加路切钢水箱配件，松卡子方法，然后焊接;对曲梁采取了道路切槽更换; 。采取喷射混凝土研磨过程中更换罐道梁8周去检查副井2倍，弯曲严重罐被替换的部分墙体严重变形，罐体不严重

13、弯曲采取了调整螺丝;对曲梁罐道切焊后矫直;变形带严重损坏墙壁分层喷涂处理。更换水箱伍兹5，调整信道波束10罐，更换螺丝800多罐。在罐道，罐道梁修复过程中，每个信道进行长距离下坡坦克，尽量使坡度小于0.3，以确保提升系统的正常运行。对于暗立井。对暗立井每周检查2次，对弯曲严重的罐道梁进行了更换；对井筒第一个破坏段(-335m-367 m)采用了锚杆铺网喷浆处理；对第二个破坏段(-393-405 m)，在1.2米厚的伸缩木砖，挂与其他喷浆处理的蚊帐建设3煤层在墙上;排水管线在施工的位置可以减少层还原关节置换。总更换水箱陶亮8，更换主排水管线主机座四组，加上两个管道伸缩器。层材料的选择可以通过防腐

14、，防虫处理优质松木降低。可缩层高度根据预计的井筒垂直移动变形值进行确定，整个可缩性木砖层(高度1.2 m)共用梯形木砖564块。（2）地面建筑物及设施保护措施 保护接地的建筑物主要用于监控和维护。副井和绞盘暗，用定期观测，并及时平整和修复进行的主轴。维护主副井井架和调整，检修每年开展矿山，一个是加强调整方法来调整斜腿井架，二是校正天轮的提升中心线。2.3.4 技术效果 图2-6（a）绘出了3302，3304，3303三个工作面开采后实测的主井井筒沿南北方向(实际为煤层倾斜方向，南偏东约30)和和东西向（方向朝向主南北方向煤）挠度曲线。不难看出，有歪斜的大型南北方向井筒量，井口达到最大偏移量相对

15、于底部向南545毫米，平均偏转速率1.5毫米/米，这在-146米或以下偏斜率2.8毫米/米。沿着弯曲的井筒明显的事情，但在一定的弯曲偏转率之间-26-126米-26-46米区达到5.5毫米/平方米的方向。图2-6 主井井筒与暗立井井筒实测偏斜曲线图2-6（b）绘出了3个工作面开采后暗立井井筒偏斜实测曲线它可以从该图中可以看出，在南北方向上的井孔更大的偏转，井口向南的相对底部334毫米移位，平均偏转为1.9毫米/米，其在-390-410米偏转部超过7.7毫米/米的大挠度率。在东西方向倾斜明显，井口相对底部东移42毫米，平均速率偏转0.2毫米/米。作为一系列的安全防范措施的结果，大黄山煤矿的矿井生产提升系统一直保持正常运行，地面主要建筑物得到有效保护。3 向斜对