深井巷道群掘進擾動效應影響因素研究畢業(yè)設(shè)計論文

工程實踐4EngineeringPractice4.1工程概況（ProjectProfile）4.1.1工程地質(zhì)概況北一（6-2）上山采區(qū)6煤底板專用回風巷位于-648m井底車場西北，掘進區(qū)段位于6-2煤及1煤層之間，自北一（6-2）采區(qū)回風石門撥門，以方位角303°，跟6煤底板施工，平均垂距20m左右。與之平行布置的巷道包括6煤膠帶機上山、6煤底板回風上山、6煤底板軌道上山三條巷道，平距分別為30m、40m、60m；6煤膠帶機上山在6-2煤層中掘進，其余兩條巷道與6煤底板專用回風巷位于同一水平。巷道布置平剖面圖如圖4-1所示。6煤底板專用回風巷掘進層位主要位于泥巖和砂泥巖互層中，頂板巖性主要為細砂巖、煤線、泥巖，底板主要為砂泥巖互層、粉細砂巖。巷道巖性綜合柱狀圖如圖4-2所示。圖4-1巷道布置平剖面圖Fig.4-1Planeandsectiondrawingsofroadwaylayout圖4-26煤底板專用回風巷巖性綜合柱狀圖Fig.4-2Lithologicalsynthesiscolumnmapofthespecialreturnairwayinfloorstrataof6#4.1.2巷道支護情況6煤底板專用回風巷斷面為直墻半圓拱形，如圖4-3所示，尺寸為寬×高=5.4×4.3m?，F(xiàn)階段采用的支護形式為單一架棚支護，正常掘進采用U29型鋼，棚距600mm，過異常帶采用U36型鋼，棚距為500mm。每棚施工卡纜4副，卡纜間距300mm，拉條4道。目前采用綜掘機掘進，日進尺6m，即10棚。6煤底板回風上山巷道斷面為直墻半圓拱形，如圖4-4所示，尺寸為寬×高=5.4×3.8m。采用架U29金屬棚進行支護，棚距600mm，每棚施工卡纜4副，卡纜間距300mm，拉條4道。部分變形劇烈的地段在頂板及巷道肩角補打錨索或錨桿。6煤膠帶機上山斷面為直墻半圓拱形，如圖4-5所示，尺寸為寬×高=5.4×3.8m。采用架U29金屬棚進行支護，棚距600mm，每棚施工卡纜4副，卡纜間距300mm，拉條4道。圖4-36煤底板專用回風巷支護示意圖（單位：mm）Fig.4-3Schematicdiagramofsupportinginspecialair-returnroadwayinfloorstrataof6#圖4-46煤底板回風上山支護示意圖（單位：mm）Fig.4-4Schematicdiagramofsupportinginair-returnriseinfloorstrataof6#圖4-56煤膠帶機上山支護示意圖（單位：mm）Fig.4-5Schematicdiagramofsupportinginbeltconveyorriseinstrataof6#4.2測站布置(ObservationStationArrangement)根據(jù)巷道掘進的實際情況，本次觀測共布置測站23個，其中永久測站13個，臨時簡易測站10個。6煤底板專用回風巷上山方向布置永久測站8個（B1～B8），下山方向布置臨時簡易測站10個（～）；6煤底板回風上山布置永久測站5個（B9～B13）。各測站位置示意圖如圖4-6所示。圖4-6測點分布示意圖Fig.4-6Schematicdiagramofobservationstationarrangement4.3掘進擾動效應現(xiàn)場實測分析(ExcavationDisturbanceEffectsFieldMeasurementAnalysis)4.3.1專用回風巷掘進對底板回風上山影響采用多斷面法對底板回風上山表面收斂數(shù)據(jù)進行分析，得到了巷道掘進后1個月內(nèi)，兩幫及頂?shù)装迮c專用回風巷迎頭距離關(guān)系的變形曲線和變形速度曲線，如圖4-7、圖4-8所示。觀測開始時，底板專用回風巷迎頭滯后膠帶機上山測站的水平距離為-27m，觀測結(jié)束時，超前膠帶機上山測站的水平距離為42m。圖4-7專用回風巷掘進影響下底板回風上山變形曲線Fig.4-7Deformationofairreturnriseundertheinfluenceofspecialair-returnroadwayexcavating圖4-8專用回風巷掘進影響下底板回風上山變形速率曲線Fig.4-8Carvesofdeformationvelocityofairreturnriseundertheinfluenceofspecialair-returnroadwayexcavating由圖4-7和圖4-8可以得出以下結(jié)論：（1）回風上山兩幫位移量28mm，右?guī)鸵平?9mm，左幫位移量18mm，頂?shù)装逡平?2mm，頂板下沉量21mm，底鼓量57mm。頂?shù)装逡平^兩幫移近量大，底鼓較頂板下沉嚴重，是頂板下沉量的近2.7倍，約占頂?shù)装逡平?9%。（2）底板專用回風巷迎頭距底板回風上山-30~50m范圍內(nèi)，隨著專用回風巷掘進，底板回風上山兩幫及頂?shù)装逡平俣戎稻谝欢ǚ秶鷥?nèi)呈震蕩式變化規(guī)律。巷道變形速度情況如下：兩幫移近及頂板下沉速度變化基本穩(wěn)定在0~5mm/d范圍內(nèi)波動，頂?shù)装逡平俣确€(wěn)定在2~4mm/d范圍內(nèi)波動。（3）專用回風巷迎頭位置不同，底板回風上山巷道變形速度曲線無明顯變化，可見專用回風巷掘進對底板回風上山巷道變形基本沒有影響。4.3.2專用回風巷掘進對膠帶機上山影響采用多斷面法對膠帶機上山表面收斂數(shù)據(jù)進行分析，得到了巷道掘進后1個月內(nèi)，兩幫及頂?shù)装迮c專用回風巷迎頭距離關(guān)系的變形曲線和變形速度曲線，如圖4-9、圖4-10所示。觀測開始時，底板專用回風巷迎頭滯后膠帶機上山測站的水平距離為60m，觀測結(jié)束時，超前膠帶機上山測站的水平距離為134m。圖4-9專用回風巷掘進影響下膠帶機上山變形曲線Fig.4-9Deformationofbeltconveyorriseundertheinfluenceofspecialair-returnroadwayexcavating圖4-10專用回風巷掘進影響下膠帶機上山圍巖變形速率曲線Fig.4-10Carvesofdeformationvelocityofbeltconveyorriseundertheinfluenceofspecialair-returnroadwayexcavating由圖4-9和圖4-10可以得出以下結(jié)論：（1）膠帶機上山兩幫位移量68mm，頂?shù)装逡平?9mm，頂?shù)装逡平^兩幫移近量大。底鼓量87mm，頂板下沉量10mm，頂板變形量不大，頂?shù)装逡平饕缘坠臑橹?，底鼓量是頂板下沉量?.7倍。（2）隨著專用回風巷掘進，膠帶機上山兩幫及頂?shù)装遄冃嗡俣惹€大致相同，呈現(xiàn)類似規(guī)律。滯后膠帶機測站時，兩幫及頂?shù)装遄冃嗡俣炔▌釉黾?，幅度較緩；迎頭位置剛過測站時，速度增幅加大，隨后繼續(xù)波動增加；專用回風巷超前膠帶機測站30~50m時，速度達到峰值；隨著專用回風巷超前距離的增大，變形速度呈現(xiàn)震蕩式下降趨勢且逐漸趨于穩(wěn)定。（3）膠帶機上山兩幫變形速度峰值5.6mm/d，滯后專用回風巷迎頭120m時，變形速度能夠穩(wěn)定在2mm/d以下。頂板變形速度一直穩(wěn)定在1mm/d以下，底鼓和頂?shù)装遄冃嗡俣确逯堤幱?~7mm/d之間，且由于滯后專用回風巷迎頭距離逐漸變大，受迎頭掘進影響變緩，觀測結(jié)束時，變形速度值在2mm/d以下。（4）專用回風巷迎頭位置不同，膠帶機上山巷道變形速度曲線有顯著變化，可見專用回風巷掘進對膠帶機上山巷道變形有明顯影響。4.4本章小結(jié)(BriefSummary)底板專用回風巷與底板回風上山、膠帶機上山平行布置，平距分別為40m、30m，垂距分別為0m，20m。底板回風上山為巖巷，膠帶機上山為煤巷，位于底板專用回風巷上方。根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果可知，底板回風上山巷道變形情況受底板專用回風巷掘進基本沒有影響，掘進頭經(jīng)過回風上山測站時圍巖變形速度無明顯變化；而膠帶機上山受影響較大，圍巖變形速率呈現(xiàn)出震蕩式變化規(guī)律，迎頭滯后膠帶機上山測站時，巷道變形速度增加；超前30~50m時，變形速度達到最大；迎頭繼續(xù)進尺，變形速度則呈現(xiàn)震蕩式減小態(tài)勢，觀測結(jié)束時均處于2mm/d以下。應用型碩士學位論文5結(jié)論5結(jié)論5Conclusion本文在總結(jié)了國內(nèi)外深部巷道布置研究現(xiàn)狀、巷道群穩(wěn)定性影響因素研究以及鄰近巷道掘進擾動的研究歷史及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用理論分析、FLAC3D數(shù)值模擬等手段，針對巷道群掘進相互擾動影響的問題，從原巖應力、掘進順序以及掘進方式的角度進行了研究，主要得出了以下結(jié)論：（1）分析了單一巷道圍巖應力分布規(guī)律及其在掘進過程和停滯狀態(tài)時圍巖應力動態(tài)演化規(guī)律特點；分析了鄰近多條巷道應力分布規(guī)律，并給出了巷道最小間距的確定方法。運用FLAC3D模擬研究了在不同原巖應力狀態(tài)下巷道群應力分布特征，得到了先后掘進兩條巷道在不同原巖應力狀態(tài)下圍巖應力分布規(guī)律特點。（2）從原巖應力角度出發(fā)分析了巷道受掘進擾動影響特點，模擬結(jié)果表明：后掘巷道帶來的掘進擾動影響隨著側(cè)壓系數(shù)的增大并非單調(diào)增大，當側(cè)壓系數(shù)增大到一定程度時，掘進擾動影響程度逐漸降低。鄰近巷道的開挖在一定程度上起到卸壓作用，且側(cè)壓系數(shù)越大，卸壓效果越明顯，此時受擾動巷道右?guī)拖啾扔谧髱蛠碚f更容易維護。后掘巷道掘進擾動影響程度隨垂直應力的增大呈上升趨勢，受擾動巷道位移場及塑性區(qū)范圍增大幅度隨著垂直應力的增大而變大。巷道頂板部位受擾動影響最為顯著，頂板擾動位移量隨垂直應力增大而單調(diào)快速增大；當垂直應力小于20MPa時，兩幫受擾動變形量時持續(xù)增大，當垂直應力超過20MPa以后，擾動效應對兩幫的影響逐步趨緩。（3）從巷道群掘進順序出發(fā)研究模擬分析了非對稱“品”字形巷道群在不同掘進順序下應力場及位移場的特點，模擬結(jié)果表明：不同的掘進順序雖然對最終位移場、應力場的形態(tài)分布影響較小，但各巷道受力特征及位移變化仍有規(guī)律可尋。中間巷道受掘進擾動最為明顯，最優(yōu)順序為首先掘進兩側(cè)巷道，后掘進中間巷道。該巷道掘進順序的滯后有助于巷道群整體圍巖穩(wěn)定性，此時中間巷道兩幫應力集中程度及圍巖位移量均小于其他掘進方案。（4）從不同掘進方式出發(fā)，研究了巷道在綜掘、炮掘條件下對鄰近巷道擾動影響，分析了巷道圍巖位移及質(zhì)點振動速度的分布情況，模擬結(jié)果表明：綜掘方式下先掘巷道頂板及左幫受擾動影響較為明顯，變形量較其他工程部位相比明顯偏大，而在炮掘方式下先掘巷道圍巖變形量較綜掘相比有所增大，迎爆幫及頂板受爆破振動影響較為顯著，位移量較其他工程部位大，在振動載荷作用下，圍巖位移量呈現(xiàn)波浪式增長；質(zhì)點最大振動速度出現(xiàn)在迎爆幫直墻部位以及上方拱部區(qū)域，此部分區(qū)域應加強支護。（5）根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果可知，顧北礦底板專用回風巷、膠帶機上山、底板回風上山組成的非對稱“品”字形巷道群，底板回風上山受底板專用回風巷掘進基本沒有影響，而膠帶機上山則受影響較為明顯，圍巖變形速率呈現(xiàn)出震蕩式變化規(guī)律，迎頭滯后膠帶機上山測站時，巷道變形速度增加；超前30~50m時，變形速度達到最大；迎頭繼續(xù)進尺，變形速度則呈現(xiàn)震蕩式減小態(tài)勢，觀測結(jié)束時均處于 2mm/d以下。PAGE58ADDINNE.Bib參考文獻[1] 謝和平.深部高應力下的資 源開采與地下工程:香山科學會議第175次學術(shù)討論會,2001[C].[2] Гринько.НКПробремыгрубокихщахт[J].Уголь,1989(9):21-23.[3] DieringDH.Ultra-deeplevelmining-futurerequirements[J].JOURNAL-SOUTHAFRICANINSTITUTEOFMININGANDMETALLURGY,1997,97:249-256.[4] HageChehadeF,ShahrourI.Numericalanalysisoftheinteractionbetweentwin-tunnels:Influenceoftherelativepositionandconstructionprocedure[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,2008,23(2):210-214.[5] DieringDH.Tunnelsunderpressureinanultra-deepWifwatersrandgoldmine[J].JournaloftheSouthAfricanInstituteofMiningandMetallurgy,2000,100(9):319-324.[6] VogelM,RastHP.AlpTransit—safetyinconstructionasachallenge:healthandsafetyaspectsinverydeeptunnelconstruction[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,2000,15(4):481-484.[7] 何滿潮,鄒正盛.軟巖巷道工程概輪[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1993：[8] 王玉濬,唐士堃.國外礦井開拓與巷道布置[M].煤炭工業(yè)出版社,1985：[9] 史元偉,張聲濤.國內(nèi)外煤礦深部開采巖層控制技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009：[10] 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