井筒落地马头门围岩异化破坏机理分析及注浆综合加固

发布时间：2019-11-19 12:51

【摘要】：煤矿井筒落地层位不当,岩性异化非均匀变形,造成围岩变形破坏严重,以山西潞安漳村煤矿邕子风井马头门为例,在地质力学参数测试的基础上,对井筒不同落地层位及支护情况下,马头门围岩变形及塑性区分布情况进行了数值模拟分析,得出了井筒落地层位选择及支护强度是影响马头门变形失稳的主要因素。采用水泥注浆配合注浆锚索支护的方法,对马头门及井筒区域进行综合加固。结果表明:注浆后围岩结构完整,巷道的变形量仅为10mm左右,注浆锚索受力稳定,加固效果明显。
【图文】：

马头门设计断面为直墙半圆拱形，净宽6.3m，净高6.5m，支护形式为锚网索喷加现浇钢筋混凝土支护。锚杆强度335MPa，直径22mm，长度2.4m，间距800mm×800mm;锚索直径18.9mm，长度8.3m，间距1600mm×1600mm;喷射混凝土强度C25，厚度50mm。混凝土衬砌:拱部、墙部为C30钢筋混凝土，厚度450mm;底板为钢筋混凝土平板，厚度300mm，螺纹钢筋直径18mm。进风立井马头门井筒落地层位柱状图如图1所示。图1井筒落地层位柱状井检孔与进风立井井筒距离约25m，通过井检孔探测，井筒实际揭露3号煤层底板标高为+502.50m，煤层厚度5.3m，而井检孔揭露3号煤层底板标高为+506.05m，煤层厚度5.93m，井筒实际施工揭露3号煤层层位情况与井检孔柱状图煤层层位出现明显差别，马头门位于3号煤层及其顶部砂质泥岩中。2马头门区域地应力及围岩结构调查2.1马头门区域地应力分布及围岩强度影响采用小孔径水压致裂耦合测试对马头门区域进行地应力测试，共布置2个测试点。通过测试，第1测点最大水平主应力为11.46MPa，最小水平主应力为7.11MPa，垂直应力为10.66MPa;第2测点最大水平主应力为11.61MPa，最小水平主应力为6.57MPa，，垂直应力为10.56MPa;地应力场在量值上属于中等应力区。两个测点最大水平主应力方向分别为N45.5°E，N51.9°E。两个测点中最大水平主应力大于垂直主应力，应力场类型为σH＞σV＞σh型应力常该区域巷道顶板泥岩强度平均值为53.28MPa。中粒砂岩强度平均值为97.43MPa，3号煤平均强度为13.78MPa。2.2马头门破坏围岩结构窥视为了准确了解马头门的围岩变形情况，对马头门、井筒与井底水窝连接段及相关硐室围岩结构进行了窥视，顶板窥视孔深12m，帮部窥视孔深10m。窥视结果显示，马头门区域顶板相对完整，部分位置细小裂

畲?水平主应力大于垂直主应力，应力场类型为σH＞σV＞σh型应力常该区域巷道顶板泥岩强度平均值为53.28MPa。中粒砂岩强度平均值为97.43MPa，3号煤平均强度为13.78MPa。2.2马头门破坏围岩结构窥视为了准确了解马头门的围岩变形情况，对马头门、井筒与井底水窝连接段及相关硐室围岩结构进行了窥视，顶板窥视孔深12m，帮部窥视孔深10m。窥视结果显示，马头门区域顶板相对完整，部分位置细小裂隙发育，两帮1.2m以下为煤层，裂隙发育，煤层破碎，钻孔过程中多出现塌孔现象。马头门不同位置围岩结构窥视如图2所示。图2马头门不同位置围岩结构窥视2.3马头门及井筒围岩变形破坏数值分析根据井筒的不同落地层位建立数值模拟模型，模型共有143270单元、24381节点，分别模拟了马头门位于3号煤底板及3号煤层中等不同层位马头门围岩破坏情况。支护方式为锚网索喷+双层钢筋混凝土砌碹支护，喷射混凝土标号为C25，厚度100mm，砌碹双层钢筋混凝土标号C40，厚度500mm。锚杆为鐖20mm×2400mm高强螺纹钢锚杆，间排距800mm×800mm，锚固力不小于70kN;网片鐖6mm钢筋网，网格100mm×100mm;锚索鐖17.8mm×7300mm钢绞线，间排距1600mm×1600mm，锚固力不小于130kN。锚索用2000mm×100mm×10mm扁钢带连接成一个整体。马头门及井筒不同落地层位围岩最大位移云图如图3所示，围岩塑性区分布如图4所示。通过数值模拟可以得出:当马头门位于3号煤层中时，马头门与井筒连接部分变形量最大，塑性区范围也最大，但井筒上部变形较小，塑性区范围也较小，马头门两帮移近量大于顶底板移近量，塑性区主要分布在两帮及拱肩位置，与现场情况基本一致。59李文洲:井筒落地马头门围岩异化破坏机理分析及注浆综合加固2017年第6期

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本文编号：2563084