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中关铁矿软岩巷道支护技术研究

【摘要】:中关铁矿采准巷道现场条件复杂,矿体岩石节理裂隙性发育,软岩遇水泥化。在采掘过程中,存在巷道地压表现严重、巷道变形量大、支护难度高等问题,其主要的特征有巷道侧帮向内挤压、顶部支护体下沉、锚杆脱落、拱架破坏,另外还存在支护成本高、返修率高等问题。中关铁矿巷道支护方面存在的上述问题已成为影响矿山生产的重大技术性难题。保障巷道稳定安全是地下矿山安全高效生产的基础,为能实现采准巷道的科学支护,保证采准巷道的安全,提高矿山的经济效应,本文以中关铁矿-230m水平采准巷道为研究对象,采用现场调研、理论计算与模拟数值相结合的方法,对采准巷道存在的支护问题进行了系统研究。主要完成了以下三方面的研究工作:(1)进行了采准巷道围岩的稳定性分级研究。基于围岩结构面的现场调查和极点图分析了围岩的结构特征和完整性,得出了结构面有易冒落的特征,巷道围岩难以形成自稳;基于点荷载强度计算了相关围岩质量指标,对岩体稳定性进行分级,得出巷道围岩从不稳到极不稳,大部分不稳定。因此,中关铁矿围岩巷道在支护形式上适宜选用联合支护的方式,适宜采用高强度的支护参数。(2)巷道支护现状及破坏情况的现场调查和分析。现场调查表明,采准巷道围岩支护破坏主要有局部围岩破坏、重剪破坏、拉伸破坏、剪切破坏与复合破坏、潮解膨胀破坏这几种破坏方式,其主要原因有自然因素和人为因素。基于机理分析,原支护方案支护形式适应围岩性质,但支护强度设计不足,需要优化支护参数。(3)围岩的数值模拟研究以及优化参数的选定。数值模拟可以较好的演示矿岩破坏过程,正交试验可以减少试验次数,将两者有机结合,以边帮位移量、顶板位移量以及塑性区体积为评判标准确定最佳支护参数值,经过分析模拟可得:原锚杆长度由1.8m增加到2.4m时、混凝土厚度由200mm减少至100mm时、钢拱架间距由1.0m减少至0.5m时,支护模拟效果最好。针对不同的地质情况,选定了相应的优化支护参数,即:锚杆长度2.4m、混凝土喷层厚度100mm、可伸缩金属拱架间距0.5m。工业试验证明,优化后的方案支护效果较原来得到较大的提升,该方案能够适应围岩条件,能够提供足够的支护强度,保证生产安全。理论研究与实际应用表明,本文提出的优化支护方案高度适应中关铁矿的围岩性质,有效地解决了原支护方案的不足,能够保证巷道安全,可以满足矿山生产需要。

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