高应力作用下大变形破碎巷道稳定技术
近年来,随着矿山机械化水平的不断提高,大采高综采技术得到了迅速的发展,大采高综采具有技术先进、性能可靠、生产效率高、自动化程度高、装机功率大、回采率高等特点,但由于大采高回采巷道的断面尺寸要比一般采高巷道断面尺寸要更大,使得巷道的维护难度较大。同时随着巷道埋深的增加,导致巷道受到较强的地应力,以及较强的动压的影响,使得回采巷道的支护难度将大大增加。深部大采高回采巷道常发生片帮、冒顶和底鼓等现象,巷道的围岩变形控制困难巨大,针对此问题众多学者针对深部大采高巷道围岩的破坏机制、控制原理、支护措施等几方面进行大量的研究[1-10]。研究如何解决深井回采巷道围岩变形控制问题,有效的控制围岩的变形与破坏,具有重要的理论意义和实践价值[11-14]。
在热力公司党建工作中,基层党组织具有重要的纽带作用,基层党组织其纽带作用的充分发挥,对热力公司的健康发展具有重要意义。然而,在热力公司的发展过程中,存在基层党组织没能充分发挥纽带作用的现象,甚至被边缘化,严重阻碍了热力公司的科学发展。
1 矿井概况
城山煤矿是龙煤集团鸡西分公司下属的1个生产矿井,全矿井共有5个采区,分别为东一、东二、东三、西一、西二采区。目前所开采的3B#煤层倾角变化不大,煤层结构稳定,主要由煤和煤页岩构成,角度 6°~10°,平均倾角 8°,该煤层纯煤厚度为 2.23 m,设计平均采高为4.45 m。上部层为3C煤层,层间距在4~10 m之间。3B#层顶底板为砂岩及砂页岩,3B#煤层结构由煤、砂页、煤页岩组成,属复合煤层。
2 煤岩特性测试
2.1 现场松动圈观测
松动圈测定是检测巷道围岩破坏所产生的裂隙并评定巷道稳定性和确定锚杆支护参数的重要依据。松动圈测定地点选在回风平巷的风门附近,根据现场实际情况,共设置2个观测断面,每个断面6个钻孔。第1个观测断面设置于距离风门10 m处。第2个观测断面设置于距离风门16 m处。每个钻孔深度为4 m左右,断面钻孔布置图如图1。松动圈厚度观测结果统计见表1。
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图1 断面钻孔布置图
表1松动圈厚度观测数据
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钻孔F/m观测断面1观测断面2钻孔位置钻孔A/m钻孔B/m钻孔C/m钻孔D/m钻孔E/m 0.9 1.0 1.0 0.8 0.8 1.2 0.8 1.2 1.4 1.0 0.8 0.8
根据观测结果,可以得出145工作面回风巷道两帮围岩松动圈的范围为0.6~1.2 m。按照以松动圈厚度为指标的围岩分类方法,当松动圈厚度L=0.4~1.5 m时,属于中松动圈,围岩分类为一般围岩,围岩的碎胀力比较明显。
2.2 现场围岩裂隙观测
围岩裂隙观测采用的是徐州中国矿业大学华泰科技所生产的YTJ20型岩层探测记录仪(钻孔窥视仪)。在风门附近选取2个观测断面,对两帮进行钻孔观测,每个钻孔在煤壁孔深4 m左右。经过观测所收集到的视频截图如图2。
根据钻孔窥视仪所呈现的图像显示:在观测钻孔内,围岩已经发生松动破坏,孔壁所出现的裂隙以径向裂隙为主,存在少量的轴向裂隙。局部出现断裂状破坏和破碎状破坏。钻孔浅部围岩呈现松散破碎。说明煤体的竖直应力大于水平应力,煤体破坏以竖直方向上的剪切破坏为主。
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图2 钻孔图像
2.3 岩石样本力学特性
根据现场工作面的实际生产状况,在3B#煤层有代表性的区域进行了顶底板的取样。在选取试样过程中,主要选取了3B#煤层顶板的组成岩石,主要由砂岩和砂页岩组成。将所取回的岩石样本加工成实验时所需的形状,在实验室中分别对3B#煤层的煤和顶板各层的岩石进行了抗压与抗剪试验,利用岩石力学测试系统得出试验曲线,其中煤的应力-应变曲线如图3。
模拟结合城山煤矿3B#煤层实际条件,选取3B#煤层的回采巷道为研究对象,模型尺寸取为30 m×25 m,巷道尺寸为4 m×3 m,顶板和两帮锚杆长度为2.0 m。结合该矿煤层综合柱状,合并忽略一些较薄的岩层,简化后的层位作为模拟层位(表2)。
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图3 煤的应力-轴向应变图
根据测试结果,并结合我国工程岩体的分级标准,经过试验检测,依据岩体基本质量级别,3B#煤层中煤岩坚硬程度属于第4等级,坚硬程度表述为软,顶板岩层坚硬程度属于第1等级,坚硬程度表述为坚硬。3B#层顶板岩层的质量级别为Ⅲ级,即较破碎、较坚硬岩体。煤岩质量级别为Ⅴ级,即软岩破碎岩体。
2.4 巷道变形影响因素分析
结合城山煤矿具体条件,得出该矿巷道变形主要受以下几个原因的影响:①由于其赋存深度距离地面700 m以下,属于深部开采,受上覆岩层重力作用,回采巷道围岩受到较高的原岩应力,变形量较大;②城山煤矿3B#煤层的煤与顶底板岩石的残余强度较低,会导致松动圈的范围扩大;③煤层会受到来自其他地层的构造应力,挤压变形产生变性能;④该煤矿在历史上就曾发生过冲击地压现象,冲击地压会造成巷道的严重变形。巷道变形除受上述因素影响外,还受到巷道布置,断层水地下水,冲击地压,巷道断面设计等因素的影响。
3 巷道支护数值模拟
3.1 模型的建立
冠心病心绞痛实为一种典型的临床多发病,多由于冠状动脉供血缺乏,心肌出现暂时性与急剧性缺氧、缺血所致,乃是对中老年人生命健康造成威胁的主要病症[1] 。此病较大程度影响着患者日常生活质量,严重者还有死亡风险。本文针对本院收治的冠心病心绞痛患者,采用麝香保心丸治疗,效果较好,现报道如下。
鉴于参赛果农的热情,当天大赛的开始时间不得已后延了一个多小时。最后,安庆杰宣布威县首届特色果品品牌文化节暨“根力多杯”梨王&葡萄王争霸赛正式拉开帷幕。
表2 模型层位表
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岩性(从底至顶) 细砂岩 煤 煤页岩 细砂岩 页岩 细砂岩厚度/m 4 4 3 4 9 3
城山煤矿3B#煤层赋存较深,煤体所受原岩应力较大,煤的抗压强度较小,煤体较为破碎,在高应力作用下变形量较大,而顶底板皆为硬度大于煤的砂岩岩层,顶底板挤压煤层,造成回采巷道两帮极易发生帮鼓。结合数值模拟可以看出,回采巷道两帮的顶角和底角都是高应力区,两帮的破坏一般都是有顶角和底角开始,所以要加强两帮顶角和底角的支护。
3.2 模拟方案确定
由图5~图7可知,方案1中巷道在无支护状态下与方案2、方案3支护条件下相比较,巷道围岩所受集中应力点较少,应力值较低,但巷道围岩变形量较大,水平位移与竖直位移皆大于有支护的方案,底板和两帮鼓起比较严重,巷道基本已无法正常使用。方案3中两帮添加了锚索支护,锚索锚杆共同配套使用,与方案2相比通过锚索轴向上约束控制锚固范围内的原有拉裂破坏面的张开,避免产生新的拉裂破坏面。如图5,方案3的两帮的应力集中区范围更小,收敛于锚杆锚索锚固端附近,对两帮煤岩起到1个加固作用,增加了两帮对于顶板的承载能力,竖直方向位移量有所减小,顶板和底板相对于方案2不加锚索时应力更为集中,应力由两帮向巷道顶板和底板4个角转移,但巷道总体变形量是降低的。
(4)采用以任务、使命为导向,以项目成果和绩效为核心的研发计划招标、评估执行方式,使新研发计划能更好地应对社会挑战。
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图4 各方案断面图
3.3 模拟结果分析
各方案作用下巷道围岩的应力、位移变化情况如图 5~图7。
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图5 巷道应力云图
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图6 竖直方向位移图
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图7 水平方向位移图
为更加详细地了解巷道周围围岩的应力分布规律,以及锚杆支护的作用,模拟采用多方案进行分析比较,对两帮锚杆锚索参数及顶板锚杆参数进行了分析比较,确定如下3组方案:①无支护方案,主要看无锚杆支护条件下的两帮、顶板位移变化情况;②两帮布置3根锚杆,分别对顶部布置3根锚杆(间排距1.5 m)和2根锚索(间排距1 m),帮锚杆布置3根锚杆(间排距0.8 m);③在两帮的支护中加入锚索支护,进行分析对比,确定合适的帮锚形式。各方案断面图如图4。
为了适应不同条件下的支护,所选择的锚杆的长度在1.4~2.6 m,直径在16~24 mm。顶板锚杆端头要锚固在较为坚硬的岩层,巷道伪顶存在1.7 m左右的煤,所以选取锚杆的长度2.4 m。锚杆直径大小影响着锚杆的支护效果。由于巷道顶板较为破碎,故选择较大直径的锚杆,使顶板形成锚固结构,因此选择直径22 mm的锚杆。
4 巷道断面支护设计
4.1 支护原则
深部大采高回采巷道同时受到较高的地应力、较大动压影响,导致巷道围岩破碎,顶底板两帮变形量较大。故深部大采高回采巷道在进行支护选择时,一方面要保证支护措施具备足够的支承力,另一方面也要充分发挥围岩的自承能力。
地质测量是煤矿生产过程的基础,因为生产过程中存在很多不确定性因素,煤矿地质测量工作必不可少。比如在对煤矿进行挖掘以及在井下进行施工的时候,如果之前没有进行煤矿地质测量,施工过程中如果发现水平航道中不明断层地质结构多,岩石的种类丰富,节理裂隙的发育十分旺盛,因此煤矿的施工难度会急剧加大。由此可见,煤矿地质测量是生产以及施工过程的重要基础,没有准确的地质测量就没有高效率的煤矿生产。
边界条件为模型的左右边界施加辊支承,模型底部施加固定约束,模型的上表面施加均布载荷,由于巷道深度属于深部埋深,按实际埋深700 m计算,边界载荷为18.9 MPa。
4.2.3 锚杆锚索配套设施
4.2 回采巷道顶板支护参数设计
3B#煤层工作面为大采高工作面,厚度为4.2 m。回采巷道沿底板掘进,巷道中心高度为2.5 m。顶板伪顶为1.7 m左右的煤,强度小,破碎程度高。单纯使用锚杆支护无法控制顶板下沉。通过分析深部围岩支护机理并结合模拟结果,提出采用采用锚索锚杆支护控制顶板变形,断面支护图如图8。
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图8 断面支护图
4.2.1 锚杆参数选取
上述模拟可以得出:巷道围岩在进行锚杆锚索支护后,应力状态明显改善,与无支护时相比,巷道变形得到了较好的控制。在两帮支护中,添加锚索支护,可以有效缓解巷道两帮的变形,缩小两帮应力集中区范围。
4.2.2 锚索参数选取
锚索对于顶板起到1个悬吊的作用,锚索的一端需要锚固在坚硬顶板中,根据所收集到的地质资料,顶板上方5 m之上为砂岩层,较为坚硬,因此锚索选择长度为7 m,直径为17.8 mm的钢绞线。
针对煤柱应采取锚索补强措施,减小煤柱塑性区范围,使煤柱由二向应力状态变为三向应力状态,改变煤柱原有的黏聚力C和内摩擦角φ,增强煤体的残余强度,提高煤柱的承载能力,从而确保巷道的稳定性。
由于伪顶有1.7 m煤,顶板锚固端选取托盘+钢带+金属网。一方面增加锚杆锚索预紧力作用的面积,另一方面防止松散破碎的伪顶发生冒落。托盘+钢带+金属网,由点-线-面形成一套支护体系,控制顶板变形。
4.2.4 间排距
收集中南大学湘雅医院2016年1~12月血液标本中分离的大肠埃希菌菌株144株,同一患者多次分离到的菌株不重复计入。质控菌株为大肠埃希菌ATCC 25922。
顶板锚杆的间排距为1 m,锚索间排距为1.5 m。顶板支护平面图如图9。
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图9 顶板支护平面图
5 巷道变形观测
观测点布置在3B#煤层工作面回风平巷中,在受采动影响期间里观测20 d,对巷道两帮与顶底板移近量进行观测,顶底板移近量曲线如图10。
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图10 顶底板移近量曲线图
由图10可知,顶底板相对移近量为422 mm,平均移近速率为21.2 mm/d,两帮相对移近量为542 mm,平均移近速率为27.1 mm/d。工作面超前支承压力影响范围为45 m,影响剧烈阶段为距离工作面23 m范围。断面收缩率为23.5%。巷道变形对于工作面的安全生产基本不构成影响,断面支护起到了良好的效果。
这一定是一个从上至下的过程,要从企业领导层开始构建起企业品牌建设和价值管理的认知。只有在公司的整体发展层面真正认识到品牌建设的重要性,才能从根本上实现企业发展理念上的转型升级。
营业税改增值税为酒店企业财务管理工作提供了新的机遇,在一定程度上降低了企业税负,减少了不必要的成本支出。酒店企业要在营改增背景下,调整企业财务管理工作和税收制度等。该过程中涉及到的实施方法有细分收入、获取进项税抵扣,以降低成本、合同及发票管理和运营架构重塑等相关内容,以此为背景,提高酒店财务管理工作质量和效率。
6 结论
1)通过现场观测和实验室实验,3B#煤层的松动圈范围为0.6~1.2 m,属于中松动圈。围岩分类为一般围岩,围岩的碎胀力比较明显。煤体松动圈范围内较为破碎,围岩破坏以竖直方向上的剪切破坏为主。
2)通过对深部大采高条件下的巷道断面支护模拟可以得出:相比于无支护巷道,锚杆支护可以有效控制围岩变形;相比于两帮采用单纯的锚杆支护,两帮添加锚索支护可以有效的减缓两帮集中应力区的范围,使应力收敛于锚杆锚索端部附近,更好的控制两帮的变形量。
3)由城山煤矿3B#煤层现场实践方案的观测可以得出该支护方案能够有效控制围岩的变形,控制断面收缩率为23.5%,保证了巷道的正常使用。
超声波频率一般在20 000赫兹以上,在水中传播可产生释放巨大能量的激化和突发,即空化效应,可产生高达数百个大气压的局部瞬间压力,形成冲击波,使固体表面及液体介质受到极大冲击,将细胞破碎,溶出植物中的有效成分[47]。
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