本發(fā)明涉及一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，屬于礦山支護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、在地下金屬礦山開(kāi)采過(guò)程中，采場(chǎng)頂板的穩(wěn)定性至關(guān)重要，是保障高階段充填采場(chǎng)安全高效開(kāi)采的關(guān)鍵。因此，創(chuàng)新不穩(wěn)固礦體高階段采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，對(duì)于地下礦山安全高效開(kāi)采，提高采礦生產(chǎn)效率，具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

2、當(dāng)前金屬礦山地下采場(chǎng)預(yù)控頂支護(hù)技術(shù)主要有超前錨桿（索）支護(hù)法、小導(dǎo)管注漿加固法、管棚法、水平高壓旋噴法等。劉曉輝等在提出了預(yù)控頂分段嗣后充填的開(kāi)采方案基礎(chǔ)上，確定了樹(shù)脂錨桿＋濕噴砼的錨噴聯(lián)合護(hù)頂支護(hù)方案；臧傳偉等通過(guò)對(duì)比確定了上向高分層充填采礦法，利用flac3d模擬軟件，研究不同礦房寬度下采場(chǎng)穩(wěn)定性，并采用錨桿支護(hù)方法進(jìn)行預(yù)控頂；王洋等通過(guò)理論計(jì)算與數(shù)值模擬，研究了分段空?qǐng)鏊煤箜敯宸€(wěn)定性及其預(yù)控頂控制技術(shù)，確定了合理頂板支護(hù)參數(shù)；蘇紅蕊試驗(yàn)了預(yù)控頂下向中深孔逐孔起爆采礦工藝，并確定了管縫式錨桿+噴漿的預(yù)控頂?shù)V房頂板支護(hù)方法；趙國(guó)彥等針對(duì)黃沙坪礦礦巖破碎不穩(wěn)固等特點(diǎn)實(shí)施長(zhǎng)錨索預(yù)控頂下分段鑿巖階段嗣后充填采礦法；覃凱等針對(duì)謙比西銅礦預(yù)控頂上向中深孔空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǖ牟傻V工藝，提出了一種“一孔兩用”的預(yù)護(hù)頂錨桿索支護(hù)技術(shù)方案。

3、綜上所述，錨桿（索）支護(hù)是地下礦山開(kāi)采中對(duì)巷道預(yù)加固和初期支護(hù)中較為常用的一種支護(hù)方法，在支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作并取得了較大進(jìn)展，但現(xiàn)有技術(shù)中主要是針對(duì)錨桿支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化方法，針對(duì)錨索方面的支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，通過(guò)測(cè)試未受采動(dòng)影響下預(yù)控頂巷松動(dòng)圈范圍，確定合適錨桿長(zhǎng)度；在不改變錨桿設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)在不同高度采場(chǎng)的預(yù)控頂巷不同錨索支護(hù)參數(shù)下，模擬礦體在開(kāi)挖和充填等采動(dòng)過(guò)程中采場(chǎng)頂板變形情況，以最大變形量的減小量為參照量，對(duì)比預(yù)控頂巷不同支護(hù)方案效果，確定錨索布置參數(shù)，由于模擬了礦房頻繁采-充下的采動(dòng)影響，優(yōu)化結(jié)果更貼合實(shí)際，更能有效地指導(dǎo)礦山采場(chǎng)支護(hù)工作，保障安全開(kāi)采，有效地解決了背景技術(shù)中存在的上述問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，包含以下步驟：

3、第一步，預(yù)控頂巷圍巖松動(dòng)圈現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及支護(hù)方案設(shè)計(jì)，針對(duì)未受采動(dòng)影響的預(yù)控頂巷進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試，依據(jù)現(xiàn)有松動(dòng)圈支護(hù)理論確定合適的錨桿長(zhǎng)度；根據(jù)松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)計(jì)采場(chǎng)預(yù)控頂巷道采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)方案；

4、第二步，構(gòu)建采場(chǎng)支護(hù)三維數(shù)值模型，根據(jù)采場(chǎng)實(shí)際布置方式，采用軟件進(jìn)行建模；

5、第三步，確定數(shù)值模擬方案，巖石的破壞是一個(gè)需要一定時(shí)間的漸進(jìn)過(guò)程，是損傷演化和新裂紋逐漸發(fā)育、擴(kuò)展和連通的宏觀表現(xiàn)，在不改變錨桿設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬軟件針對(duì)在不同高度采場(chǎng)的預(yù)控頂巷不同錨索支護(hù)參數(shù)下，進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比頂板圍巖的穩(wěn)定性，以此確定合理的錨索支護(hù)參數(shù)；

6、第四步，采場(chǎng)支護(hù)效果分析，在不改變錨桿設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)在不同高度采場(chǎng)的預(yù)控頂巷不同錨索支護(hù)參數(shù)下，以最大變形量的減小量為參照量，通過(guò)每條預(yù)控頂巷拱頂位置的變形情況對(duì)比預(yù)控頂巷不同支護(hù)方案效果。

7、所述第一步中，對(duì)于破碎不穩(wěn)固礦體而言，由于受錨桿長(zhǎng)度等限制，巷道受采動(dòng)影響后無(wú)法實(shí)現(xiàn)錨桿對(duì)整個(gè)破裂區(qū)錨固控制，因此采取錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)方式，共同形成淺層錨固區(qū)與深層錨固區(qū)，以保障受采動(dòng)影響前后預(yù)控頂巷錨固圍巖的穩(wěn)定，防止其大范圍垮塌冒頂；

8、30m高度采場(chǎng)預(yù)控頂巷道采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)方案，頂板設(shè)置3-5根錨桿，兩側(cè)幫部各設(shè)置2-4根錨桿，間排距為800?mm×800?mm；錨索與錨桿間隔布置，每排布置4-6根，間距1.0-2.0?m；60m高度采場(chǎng)預(yù)控頂巷道采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)方案，頂板設(shè)置7-9根錨桿，兩側(cè)幫部各設(shè)置2-4根錨桿，間排距為800?mm×800?mm；錨索與錨桿間隔布置，每排布置7-9根，間距1.0-2.0?m。

9、所述第二步中，30m高度采場(chǎng)模型，在采場(chǎng)頂部水平巖層中共布設(shè)2條穿脈巷道，4條拉底巷道，相鄰的拉底巷道與穿脈巷道間分別布設(shè)6條出礦進(jìn)路，其中底部結(jié)構(gòu)巷道的底板至預(yù)控頂巷的頂板，以及礦房左右兩側(cè)為邊界，該區(qū)域內(nèi)為礦石，其他區(qū)域?yàn)閹r石；60?m高度采場(chǎng)，在采場(chǎng)頂部水平巖層中同樣共布設(shè)2條穿脈巷道，4條拉底巷道，相鄰的拉底巷道與穿脈巷道間分別布設(shè)6條出礦進(jìn)路，其中底部結(jié)構(gòu)巷道的底板至預(yù)控頂巷的頂板，以及礦房左右兩側(cè)為邊界，該區(qū)域內(nèi)為礦石，其他區(qū)域?yàn)閹r石。

10、所述第三步中，首先將數(shù)值模型中礦體由左向右進(jìn)行編號(hào)為①、②、③和④，單次開(kāi)挖的礦體厚度為6.0?m，即單個(gè)礦體可分別開(kāi)挖5-10次，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)常用錨索排距，數(shù)值計(jì)算過(guò)程及錨索支護(hù)方案總體如下：1）①礦體對(duì)應(yīng)的底部結(jié)構(gòu)及預(yù)控頂巷開(kāi)挖及支護(hù)；2）①礦體進(jìn)行分步開(kāi)挖；3）①礦體完全開(kāi)挖結(jié)束后對(duì)該區(qū)域的充填；4）對(duì)礦體②-④進(jìn)行重復(fù)上述過(guò)程，直至結(jié)束礦體④對(duì)應(yīng)區(qū)域的充填。

11、所述第四步中，構(gòu)建不同錨索排距的預(yù)控頂巷道支護(hù)模型，在不同錨索排距的數(shù)值模型中分別設(shè)置垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布置在預(yù)控頂巷的拱頂中心位置，選取無(wú)錨索支護(hù)且錨索排距1.5-3.5?m的3-5種工況條件下，模擬礦體在開(kāi)挖和充填等采動(dòng)過(guò)程中采場(chǎng)頂板變形情況，并進(jìn)行對(duì)比分析，以確定合適的錨索支護(hù)參數(shù)。

12、本發(fā)明的有益效果是：采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，通過(guò)測(cè)試未受采動(dòng)影響下預(yù)控頂巷松動(dòng)圈范圍，確定合適錨桿長(zhǎng)度；在不改變錨桿設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)在不同高度采場(chǎng)的預(yù)控頂巷不同錨索支護(hù)參數(shù)下，模擬礦體在開(kāi)挖和充填等采動(dòng)過(guò)程中采場(chǎng)頂板變形情況，以最大變形量的減小量為參照量，對(duì)比預(yù)控頂巷不同支護(hù)方案效果，確定錨索布置參數(shù)，由于模擬了礦房頻繁采-充下的采動(dòng)影響，優(yōu)化結(jié)果更貼合實(shí)際，更能有效地指導(dǎo)礦山采場(chǎng)支護(hù)工作，保障安全開(kāi)采。

技術(shù)特征：

1.一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于包含以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于：所述第一步中，對(duì)于破碎不穩(wěn)固礦體而言，由于受錨桿長(zhǎng)度等限制，巷道受采動(dòng)影響后無(wú)法實(shí)現(xiàn)錨桿對(duì)整個(gè)破裂區(qū)錨固控制，因此采取錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)方式，共同形成淺層錨固區(qū)與深層錨固區(qū)，以保障受采動(dòng)影響前后預(yù)控頂巷錨固圍巖的穩(wěn)定，防止其大范圍垮塌冒頂；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于：所述第二步中，30m高度采場(chǎng)模型，在采場(chǎng)頂部水平巖層中共布設(shè)2條穿脈巷道，4條拉底巷道，相鄰的拉底巷道與穿脈巷道間分別布設(shè)6條出礦進(jìn)路，其中底部結(jié)構(gòu)巷道的底板至預(yù)控頂巷的頂板，以及礦房左右兩側(cè)為邊界，該區(qū)域內(nèi)為礦石，其他區(qū)域?yàn)閹r石；60?m高度采場(chǎng)，在采場(chǎng)頂部水平巖層中同樣共布設(shè)2條穿脈巷道，4條拉底巷道，相鄰的拉底巷道與穿脈巷道間分別布設(shè)6條出礦進(jìn)路，其中底部結(jié)構(gòu)巷道的底板至預(yù)控頂巷的頂板，以及礦房左右兩側(cè)為邊界，該區(qū)域內(nèi)為礦石，其他區(qū)域?yàn)閹r石。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于：所述第三步中，首先將數(shù)值模型中礦體由左向右進(jìn)行編號(hào)為①、②、③和④，單次開(kāi)挖的礦體厚度為6.0?m，即單個(gè)礦體可分別開(kāi)挖5-10次，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)常用錨索排距，數(shù)值計(jì)算過(guò)程及錨索支護(hù)方案總體如下：1）①礦體對(duì)應(yīng)的底部結(jié)構(gòu)及預(yù)控頂巷開(kāi)挖及支護(hù)；2）①礦體進(jìn)行分步開(kāi)挖；3）①礦體完全開(kāi)挖結(jié)束后對(duì)該區(qū)域的充填；4）對(duì)礦體②-④進(jìn)行重復(fù)上述過(guò)程，直至結(jié)束礦體④對(duì)應(yīng)區(qū)域的充填。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于：所述第四步中，構(gòu)建不同錨索排距的預(yù)控頂巷道支護(hù)模型，在不同錨索排距的數(shù)值模型中分別設(shè)置垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布置在預(yù)控頂巷的拱頂中心位置，選取無(wú)錨索支護(hù)且錨索排距1.5-3.5?m的3-5種工況條件下，模擬礦體在開(kāi)挖和充填等采動(dòng)過(guò)程中采場(chǎng)頂板變形情況，并進(jìn)行對(duì)比分析，以確定合適的錨索支護(hù)參數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種破碎礦體采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方法，屬于礦山支護(hù)方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案是：采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，通過(guò)測(cè)試未受采動(dòng)影響下預(yù)控頂巷松動(dòng)圈范圍，確定合適的錨桿長(zhǎng)度；在不改變錨桿設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)在不同高度采場(chǎng)的預(yù)控頂巷不同錨索支護(hù)參數(shù)下，模擬礦體在開(kāi)挖和充填等采動(dòng)過(guò)程中采場(chǎng)頂板變形情況，以最大變形量的減小量為參照量，對(duì)比預(yù)控頂巷不同支護(hù)方案效果，進(jìn)一步確定錨索布置參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)模擬礦房頻繁采?充下的采動(dòng)影響，優(yōu)化結(jié)果更貼合實(shí)際，更能有效地指導(dǎo)礦山采場(chǎng)支護(hù)工作，保障安全開(kāi)采。

技術(shù)研發(fā)人員：楊志強(qiáng),楊坤堯,連歡超,于興社,馬寧,周濤,于慶磊,楊洋,張陽(yáng),謝安銘,王立杰,甘德清,路燕澤,向偉華,王社光,任建輝,王征,任學(xué)勤,張義坤,何偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19