WO2016107434A1 - 一种大巷区域应力场优化方法 - Google Patents

一种大巷区域应力场优化方法 Download PDF

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付世雄
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries

Definitions

  • the invention relates to a stress field optimization method for a large roadway region, and is particularly suitable for maintenance and treatment of a deep mine roadway, and belongs to the technical field of roadway support.
  • the alley is the first roadway in the coal mine roadway system, which belongs to the pioneering roadway. It is responsible for all mines or several levels of coal transportation, transportation, ventilation, drainage, pedestrians, etc., and the service life is generally several decades. Therefore, the maintenance of the main road is an important part of coal mine production. After entering deep mining, due to the deepening of the mining depth, the ground stress of the main road is increased, especially the ground stress mainly caused by horizontal stress, which makes the deformation of the roadway intensified. The deep well roadway is not as easy to maintain as the shallow mine shaft. A long-term creep effect is exhibited.
  • the object of the present invention is to solve the problem that the deep well roadway is severely deformed, and it is necessary to periodically expand the roadway section, and provide a method for controlling the deformation of the deep shaft and effectively optimizing the stress field of the roadway region.
  • the method for optimizing the stress field in the roadway region of the present invention comprises the following steps:
  • the pressure relief lane is located above or below the maximum principal stress difference position, and the horizontal distance a of the pressure relief lane and the roadway is 5-30 m, and the vertical distance b is 5-30 m.
  • the spacing e and the row spacing f of the bottom plate stress optimized drilling are both 0.6 to 2 m, and the drilling length l 1 of the floor stress optimized drilling is determined by the distance between the pressure relief lane and the maximum principal stress difference position.
  • the distance g and the row spacing h of the boring stress optimization drilling hole are both 0.6 to 2 m, and the length l 2 of the boring stress optimization drilling hole is determined by the relative distance c.
  • the bottom plate stress optimization drilling and the rib stress optimization hole length d 1 and d 2 of the hole are 1 to 3 m.
  • the present invention pre-tests the ground stress in the roadway connected in the vicinity of the main road, analyzes and calculates the principal stress to determine the position of the maximum main stress difference of the roadway after the roadway is driven. Select the appropriate upper and lower horizons of the level of the main road, above or below the maximum principal stress difference position, tunnel 2 to 4 pressure relief lanes, and carry out certain support, the support strength allows large deformation of the pressure relief lane.
  • the pressure relief lane is arranged parallel to the main roadway, and multiple rows of vertical drilling holes are arranged from the pressure relief lane to the maximum principal stress difference position. The final hole position falls at the position of the maximum principal stress difference, and the pressure is discharged at the bottom of the hole.
  • the length of the borehole is determined by the relative distance between the pressure relief lane and the position of the maximum principal stress difference.
  • the deformation of the pressure relief lane is used to optimize the regional stress field of the pre-excavation into the main roadway.
  • the pre-excavation pre-depressurization and the second precise pressure relief are carried out before and after the large roadway excavation, which can effectively optimize the large Lane area stress field.
  • the construction of the pressure relief borehole has a certain pressure relief effect on the roadway
  • FIG. 1 is a schematic view showing a method for optimizing a stress field in a roadway region according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing a stress-optimized drilling arrangement of a floor of a pressure relief roadway according to the present invention
  • Fig. 3 is a schematic view showing the stress-optimized drilling arrangement of the roadway gang of the present invention.
  • the pressure relief lane 2; the pressure relief lane 2 is located above or below the maximum principal stress difference position 3, the horizontal distance a of the pressure relief lane 2 and the main lane 1 is 5-30 m, and the vertical distance b is 5-30 m. As shown in Figure 1;

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Abstract

公开了一种大巷(1)区域应力场优化方法。首先是在大巷(1)掘进前，在大巷(1)附近相连通的巷道测试地应力，计算并分析得到大巷(1)掘进后巷帮最大主应力差位置(3)，然后在大巷(1)附近合适的层位最大主应力差位置(3)的上方或下方掘进多条卸压巷(2)，利用卸压巷(2)对大巷(1)进行卸压。然后从卸压巷(2)内向最大主应力差位置(3)处施工底板应力优化钻孔(4)并静力爆破。待卸压巷(2)变形到一定程度以后掘进大巷(1)，然后在大巷(1)内测量地应力并计算巷帮最大主应力差位置(3)。从大巷(1)内向帮部最大主应力差位置(3)处施工帮部应力优化钻孔(5)并爆破卸压，优化大巷(1)区域应力场。该方法不仅利用卸压巷进行卸压，而且在掘巷前后两次对巷帮最大主应力差位置进行爆破卸压，因而可以较好的优化大巷所在区域的应力场。

Description

一种大巷区域应力场优化方法 技术领域
本发明涉及一种大巷区域应力场优化方法，尤其适用于对深部矿井大巷进行维护和治理，属于巷道支护技术领域。
背景技术
大巷是煤矿巷道系统中较先开始掘进的巷道，属于开拓巷道，担负着全矿井或数个水平运煤、运料、通风、排水、行人等任务，且服务年限一般长达数十年，所以大巷的维护是煤矿生产中的重要环节。进入深部开采以后，由于采深加大，大巷所受的地应力增大，尤其是以水平应力为主的地应力使巷道变形加剧，深井大巷不像浅部矿井大巷一样易于维护，显现出长时的蠕变效应。大巷在掘进支护后一段时间内断面收缩，支架不均匀受力变形，底鼓和帮部变形严重，喷浆层破裂等。大巷的变形和破坏严重的影响了巷道的正常使用，给煤矿的安全高产高效带来了巨大困扰。为了满足正常的生产，往往需要定期对大巷进行卧底、扩刷工作。不仅影响了正常的生产，而且又增加了工人数量，提高了吨煤成本，在部分深部矿井，一条大巷的翻修工作量甚至已经超过了重新掘进一条新大巷的工作量，大巷修复工作已经成为深部矿井正常生产的又一艰巨任务和挑战。因此，亟需提出一种有效的治理大巷变形的方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对深井大巷变形严重，需要定期扩刷巷道断面的问题，提供一种可控制深井大巷变形，有效的优化巷道区域应力场的方法。
技术方案：本发明的大巷区域应力场优化方法，包括如下步骤：
(1)在大巷预掘之前，先在预掘的大巷附近相连通的巷道内测试地应力，得到主应力的大小和方向，计算和分析确定掘进前大巷两侧的最大主应力差位置，然后在预掘的大巷附近层位掘进多条卸压巷；
(2)从卸压巷底板向最大主应力差位置垂直施工底板应力优化钻孔，在底板应力优化钻孔孔底装药，实施静力爆破卸压；
(3)当卸压巷2的顶底板或两帮移近量达到500～1000mm时，开始掘进大巷，掘巷后，实测大巷两侧的地应力，计算和分析大巷两侧的最大主应力差位置与巷道帮部的相对距离c；
(4)从大巷的帮部向最大主应力差位置垂直施工帮部应力优化钻孔，在帮部应力优化钻 孔的孔底装药，实施静力爆破卸压。
所述的卸压巷位于最大主应力差位置上方或下方层位，卸压巷与大巷的水平距离a为5～30m，垂直距离b为5～30m。
所述底板应力优化钻孔的间距e和排距f均为0.6～2m，底板应力优化钻孔的钻孔长度l1由卸压巷和最大主应力差位置的距离确定。
所述帮部应力优化钻孔的间距g和排距h均为0.6～2m，帮部应力优化钻孔的长度l2由相对距离c确定。
所述底板应力优化钻孔和帮部应力优化钻孔的孔底装药区长度d1和d2为1～3m。
有益效果：本发明通过先在大巷附近相连通的巷道内预测试地应力，分析并计算主应力确定大巷掘进后巷帮最大主应力差的位置。选择大巷所在层位的上下合适层位，最大主应力差位置的上方或下方，掘进2～4条卸压巷，并进行一定的支护，支护强度允许卸压巷发生大的变形。卸压巷与大巷走向平行布置，从卸压巷内向最大主应力差位置施工多列竖直布置钻孔，终孔位置落在最大主应力差位置处，并在孔底装药爆破卸压，优化大巷区域应力场，钻孔的长度由卸压巷和最大主应力差位置的相对距离具体确定。利用卸压巷的变形来优化预掘进大巷的区域应力场。通过卸压巷内钻孔爆破卸压和大巷内钻孔爆破卸压，在大巷掘进前后对最大主应力差位置进行了掘前预卸压和二次精确卸压，能够有效的优化大巷区域应力场。主要优点有：
1.多条卸压巷道的掘进和变形，调整和降低了大巷附近的地应力分布情况，大巷掘进在时间上滞后于卸压巷掘进，大巷区域应力场得到优化，有利于成巷以后对巷道进行维护；
2.卸压钻孔的施工对大巷起到了一定的卸压效果；
3.从卸压巷和大巷分别在掘巷前和掘巷后对最大主应力差位置进行了两次钻孔爆破卸压，爆破卸压有目的性和针对性，多次爆破卸压，应力优化效果较好；
4采用静力爆破的方式进行爆破卸压，不会对浅部的巷道围岩造成破坏。
附图说明
图1为本发明的大巷区域应力场优化方法示意图；
图2为本发明的卸压巷底板应力优化钻孔布置示意图；
图3为本发明的大巷帮部应力优化钻孔布置示意图。
1-大巷；2-卸压巷；3-最大主应力差位置；4-底板应力优化钻孔；5-帮部应力优化钻孔；6-装药区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的大巷区域应力场优化方法，具体步骤如下：
(1)确定最大主应力差位置，掘进卸压巷：在大巷1预掘之前，先在预掘的大巷1附近相连通的巷道内测试地应力，得到主应力的大小和方向，计算和分析确定掘进前大巷1两侧的最大主应力差位置3，最大主应力差位置3与巷道帮部的相对距离为c；然后在预掘的大巷1附近层位掘进2～4条卸压巷2；所述的卸压巷2位于最大主应力差位置3上方或下方层位，卸压巷2与大巷1的水平距离a为5～30m，垂直距离b为5～30m，如图1所示；
(2)从卸压巷2底板向最大主应力差位置3垂直施工底板应力优化钻孔4，底板应力优化钻孔4的布置方式如图2所示，钻孔的直径D1为40mm以上，底板应力优化钻孔4的间距e和排距f均为0.6～2m，底板应力优化钻孔4的钻孔长度l1由卸压巷2和最大主应力差位置3的距离确定；底板应力优化钻孔4施工完成后，在底板应力优化钻孔4孔底装药，实施静力爆破卸压；所述底板应力优化钻孔4的孔底装药区6长度d1为1～3m。
(3)掘进大巷，确定最大主应力差位置：当卸压巷2的顶底板或两帮移近量达到500～1000mm时，开始掘进大巷1，掘巷后，实测大巷1两侧的地应力，得到大巷1所在区域主应力的大小和方向，计算和分析后，得到大巷1两侧的最大主应力差位置3，最大主应力差位置3与巷道帮部的相对距离c；
(4)巷内施工卸压钻孔，并爆破卸压：从大巷1的帮部向最大主应力差位置3垂直施工帮部应力优化钻孔5，如图3所示，帮部应力优化钻孔5的间距g和排距h均为0.6～2m，帮部应力优化钻孔5的长度l2由相对距离c确定；直径D2为40mm以上。帮部应力优化钻孔5的方向垂直于巷道帮部，在帮部应力优化钻孔5的孔底装药区6装药，进行静力爆破卸压，装药区6的长度d2为1～3m。

Claims (5)

  1. 一种大巷区域应力场优化方法，其特在于包括如下步骤：
    (1)在大巷(1)预掘之前，先在预掘的大巷(1)附近相连通的巷道内测试地应力，得到主应力的大小和方向，计算和分析确定掘进前大巷(1)两侧的最大主应力差位置(3)，然后在预掘的大巷(1)附近层位掘进多条卸压巷(2)；
    (2)从卸压巷(2)底板向最大主应力差位置(3)垂直施工底板应力优化钻孔(4)，在底板应力优化钻孔(4)孔底装药，实施静力爆破卸压；
    (3)当卸压巷(2)的顶底板或两帮移近量达到500～1000mm时，开始掘进大巷(1)，掘巷后，实测大巷(1)两侧的地应力，计算和分析大巷(1)两侧的最大主应力差位置(3)与巷道帮部的相对距离c；
    (4)从大巷(1)的帮部向最大主应力差位置(3)垂直施工帮部应力优化钻孔(5)，在帮部应力优化钻孔(5)的孔底装药，实施静力爆破卸压。
  2. 根据权利要求1所述的大巷区域应力场优化方法，其特征在于：所述的卸压巷(2)位于最大主应力差位置(3)上方或下方层位，卸压巷(2)与大巷(1)的水平距离a为5～30m，垂直距离b为5～30m。
  3. 根据权利要求1所述的大巷区域应力场优化方法，其特征在于：所述底板应力优化钻孔(4)的间距e和排距f均为0.6～2m，底板应力优化钻孔(4)的钻孔长度l1由卸压巷(2)和最大主应力差位置(3)的距离确定。
  4. 根据权利要求1所述的大巷区域应力场优化方法，其特征在于：所述帮部应力优化钻孔(5)的间距g和排距h均为0.6～2m，帮部应力优化钻孔(5)的长度l2由相对距离c确定。
  5. 根据权利要求1所述的大巷区域应力场优化方法，其特征在于：所述底板应力优化钻孔(4)和帮部应力优化钻孔(5)的孔底装药区(6)长度d1和d2为1～3m。
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