采场支护研究论文

浅议煤矿煤层的开采技术摘要：由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。关键词：开发技术 煤炭工艺 煤炭一、煤炭开采的主要形式（一）井下采煤井下采煤的顺序。对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采，每一水平又分为若干采区，先在第一水平依次开采各采区煤层，采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时，先将煤层划分为几个盘区，立井于井田中心到达煤层后，先采靠近井筒的盘区，再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层，先采第一水平最上面煤层，再自上而下采另外煤层，采完后向第二水平转移。按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采，我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。壁式采煤法工作面长，一般100～200 m，可以容纳功率大，生产能力高的采煤机械，因而产量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，顶板易维护，从而减少了支护费用，主要缺点是回采率低。（二）露天采煤移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采称为露天开采，其中移去土岩的过程称为剥离，采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层，自上而下逐层开采，在空间上形成阶梯状。其主要生产环节：首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎，然后用采掘设备将岩煤由整体中采出，并装入运输设备，运往指定地点，将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场；将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。主要优缺点优点为生产空间不受限制，可采用大型机械设备，矿山规模大，劳动效率高，生产成本低，建设速度快。另外，资源回采率可达90%以上，资源利用合理，而且劳动条件好，安全有保证，死亡率仅为地下采煤的1/30左右。主要缺点是占用土地多，会造成一定的环境污染，而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面，对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏浅，煤层厚度大的矿区采用。二、采煤方法与工艺在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业 条件，提高单产和机械化水平。（一）开采技术开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以 提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下 的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。（二）解决难题开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压 注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制， 又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。 两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤 时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚 杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机 的应用，促进工作面的高产高效。（三）缓倾斜薄煤层长壁开采主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。（四）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采应进一步加强完善支架结构及强度，加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。（五）各种综采高产高效综采设备保障系统要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油 —磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。三、主要的开采技术（一）深矿井开采技术深矿井开采的关键技术是：煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等；需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分布状态的特征；深井作业场所工作环境的变化；深井巷道（特别是软岩巷道）快速掘进与支护技术与装备；深井冲击地压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高效开采有关配套技术；深矿井开采热害治理技术与装备。（二）“三下”采煤技术提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数，发展沉降控制理念和关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统；研究与应用各种充填技术和组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术，适于村庄保护的开采技术；研究近水体开采的开采设计，工艺参数优化和装备，提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。（三）优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术改进、完善现有采煤方法和开采布置，以实现开采效益最大化为目标，研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，生产系统要减化，同时实现中采与中掘同走发展，生产效率大幅提高的经验的同时，重点研究高产高效矿井，开拓部署与巷道布置系统的优化，减化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集中开拓，集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率，多开煤巷，减少出矸率；研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术，既是减少污染的一项有利措施，又减化了生产系统，有利于高产高效集中化开采，应加紧研究。采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。

基坑支护论文开题报告

基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。是理论上尚待发展的综合技术学科。

毕业设计题目：郑州市豫东大楼基坑围护结构设计

学 院： 建筑工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师：

2015年3月31日

一、设计的目的和意义

1.目的

毕业设计是培养学生综合能力的重要环节，根据土木工程专业的培养目标要求及毕业生的主要服务去向，通过毕业设计，使每个学生把所学的专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论与生产实践相结合以提高工程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。通过该服务性办公楼地基支护结构设计，使学生在应用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面得到基本训练，达到对所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高毕业生分析解决问题的能力。 2.意义

本项毕业设计题目为郑州市某综合型服务性办公楼基坑支护结构设计，为详细学习和了解与基坑支护工程相关的知识，巩固之前学习过的土力学与地基基础、土木工程施工、结构力学、工程地质、水力学等专业课程，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，同时也培养了毕业生调查研究、查阅文献、收集和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础。

二、工程概况及设计条件

1.工程概况 (1)工程简介

本项目位于郑州市东二环某繁华步行街，基地面积为3500平方米。本项目为服务性办公楼，由主楼(地面三层)及二层地下室组成，总建筑面积为6458.3㎡。 (2)基坑面积及开挖深度

该工程建筑±0.00相当于绝对标高+4.25，室外自然地面平均标高取+4.00;基坑开挖面积约2123㎡，基坑围护周长约210m，根据结构图纸，底板面标高为-7.55，底板厚为700mm，局部厚为1100mm，垫层厚为100mm。因此基坑开挖深度为8.10米，局部电梯井、集水坑等落深尚未确定。 2.设计条件 (1)周边条件

本工程位于郑州市西二环某地块，周边环境情况较为复杂： 东侧：基坑开挖面与红线间距离为5.495～5.528米，红线外为中原大厦。该建筑物地上33层、地下4层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为19.125米。

南侧：基坑开挖面与红线间距离为10.997～16.636米，红线外为一栋居民楼。该建筑物主楼46层，裙房5层，地下3层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为17.479米。

西侧：基坑开挖面与红线间距离为4.259～4.357米，红线外为中原路。

北侧：基坑开挖面与红线间距离为8.696～12.053米，红线外为郑开大道。

基坑平面详细布置图如图1所示

中原路

图1 基坑平面布置图

(2)工程水文地质条件

根据《郑州市地块项目岩土工程勘察报告》，本工程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点：

拟建场地现为停车场，场地地形基本平坦，实测各勘探点的孔口

地面标高在3.84～4.36米之间，一般地面标高在4.00左右。

场地内①层填土较厚，在1.80～3.10m之间，上部1.0米为碎石、砖块、建筑垃圾等，下部为灰黄～灰色粘性土、粉性土，土质不均。 基坑开挖深度范围内分布有第②层粉土，富水性好，透水性强，在水头差的作用下易产生流砂等不良地质现象。

拟建场地浅部地下水属潜水类型，其水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发，勘察期间实测取土孔内地下水位静止水位埋深在0.90～1.20m，设计计算时地下水位取0.5m。

场区内第⑦层为承压含水层，承压水头在3～11m，其中⑦1层顶最浅埋深约为32米。经计算，按承压水头为自然地面以下3米考虑，当基坑开挖深度小于15.0米时，可不考虑承压水对基坑突涌的影响。由于本工程底板处开挖深度为8.1米，预计局部电梯井、集水坑处开挖深度不会大于15米，因此可不考虑承压水对基坑的影响。 场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表(一)所示：

表1 土层分布情况及基坑围护设计参数

土层名 ①杂填土 ②粉土 ③淤泥质土 ④粘土① ⑤粘土②

厚度(m) 2.2～2.5 2.6～3.0 5.5～6.1 6.1～7.2 7.8～8.0

γ(kN/m3) 17.6～18.0 18.1～18.6 17.2～18.4 17.6～17.9 18.0～18.2

φ(度) 20～26 26～30 21～25 13～17 9.5～12

C(kPa) 7.9～8.4 8.5～10 15～17 16～19 18～20

渗透系数(cm/s)

1.1E-03 1.1E-03 4.0E-06 8.0E-06

注：C、φ均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数(直剪固结峰值); (3)基坑侧壁安全等级及重要性系数

根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，基坑安全等级为二级，基坑重要性系数γ0 = 1.0。

三、结构设计任务及要求

1.任务

该工程是对基坑围护做排桩结合锚杆的设计。运用了所学的土力学及基坑围护设计等专业知识，结合毕业实习的现场实习经验，通过对勘察资料的分析，结合场地环境及工程实际并运用计算机应用软件进行设计计算。其主要内容包括：围护结构设计方案的确定、基坑降排水方案的选择、止水帷幕的设计计算、围护结构的.设计计算、主被动土压力计算、围护桩的配筋计算、施工方案的选择、基坑整体稳定验算、坑底抗隆起验算、抗倾覆稳定性验算、抗管涌稳定性验算、施工图纸的绘制等。 2.要求

目的：根据勘探报告资料和相关规范并结合专业知识设计合理的设计方案以达到实际工程设计要求标准。 主要指标：

(1)保证开挖面积达2459㎡; (2)保证基坑深度达8.1m;

(3)抗倾覆稳定性验算Ks≥1.200; (4)抗隆起验算Ks≥1.1; (5)抗管涌验算K≥1.5。

四、支护方案比选

方案一：桩锚支护结构

特点：排桩包括单排装和双排桩，双排桩相当于一个插入土体的刚架，能够靠基坑一下桩前土的被动土压力和刚架插入土中部分的前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩。双排桩支护具有较大的侧向刚度，可有效地限制基坑的变形。双排桩支护结构作为空间超静定结构，整体性能优越，使围护结构纵向和横向的整体性都大大提高，从而使基坑的侧向变形和位明显减小。但双排桩支护对桩间土的要求比较高，所以在软土地区必须考虑加固问题。

当场地条件允许时，为节约成本，也可使用单排桩支护，单排桩刚度较大，也可以有效的抵抗倾覆力矩，从而控制变形。预应力锚杆的主要特点是通过施加预应力来约束基坑壁的变形，采用排桩与锚杆组合式支护技术，可以有效地控制基坑变形，大大提高基坑边坡的稳定性，特别是在基坑比较深，地质条件及周围环境比较复杂，而对基坑变形又有严格要求时这种联合支护型式更显示出它的优点。预应力锚杆增加了边坡的稳定性，减小了基坑的边线，在布置上也比较灵活。

当对坡顶的位移要求严格时，在上部布置预应力锚杆，当深度较深时，预应力锚杆均匀布置，因锚杆造价较高，为节约成本，锚杆与土钉可间隔布置，效果更好。这种复合的支护形式在边坡支护工程中应用广泛。

桩锚支护结构平纵剖面图如下所示：

图2 桩锚支护横向剖面图

图3 桩锚支护纵向剖面图

方案二：桩撑支护结构

特点：排桩的特点是侧向刚度大，能很好地控制变形。由于排桩部分嵌固于基坑底土层中，所以具有强大的抗拔力，有效抵挡基坑土层的倾覆力矩，从而保证基坑的稳定性。在土质较好的情况下可以独立使用并能产生较好的效果。内支撑的加入使拍桩支护的应用范围大大扩展，同时也减少了围护桩的长度，节约成本。特别是在一些土质不好的地区，桩撑支护的使用也取得了良好的效果。在深基坑工程中，可以设置多道内支撑，但是这样就会限制工作空间，特别是机械的使用，对工程的效率具有一定的影响。

复合土钉墙支护型式平纵剖面图如下：

图4 桩撑支护横向剖面图

图5 桩撑支护纵剖面图

方案三:排桩+土钉支护结构

特点：排桩的特点在前面方案中已做过详细介绍，这里主要针对土钉墙支护特点进行叙述。土钉墙用于基坑开挖支护能够显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力，而且土钉支护施工设备简单，占用空间小，施工效率高，占用着周期短，对相邻建筑影响不大。此外，土钉墙施工没有噪音，振动小，不影响周围环境。土钉支护一般适用于地下水位以上或经过降排水措施后的杂填土、普通粘性土、非松散沙土边坡，即使有局部的软塑粘性土层，在采取一定措施后有可能采用土钉支护。土钉支护施工采用边开挖边支护，安全程度较高。由于土钉数量众多并作为群体起作用，即使个别土钉出现质量问题或失效对整体影响不大。但是土钉支护也有一定的缺点和局限性，主要是基坑变形大，由于土钉支护是一种被动受力支护形式，只有土体发生变形时土钉才会受力，因此基坑变形位移相对较大。所以土钉支护的应用受到基坑变性条件的限制，对于对基坑变形有严格要求的工程不宜采用土钉支护。

排桩、土钉支护平纵面剖面图如下：

图7 双排桩支护纵剖面图

图8 土钉支护纵剖面图

针对以上三种方案从技术经济性、施工难易程度、施工周期、对

结合本工程实际环境和地质情况等因素，根据以上方案从多方面进行综合比较后决定，选取方案一作为本设计的设计方案。

六、主要参考资料

[1] 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)及基础工程教材

[2] 岩土工程勘察规范(GB50021-94)及勘察测试教材

[3] 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)及教材

[4] 高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ6-99)及高层建筑基础

教材

[5] 建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)及深基坑工程教材。

[6] 浙江大学谢新宇、俞建霖主编.《特种基础工程》.北京：中国建

筑工业出版社,2006年2月第1版。

[7] 重庆大学张永兴主编.《岩石力学》.北京：中国建筑工业出版社，

2008年73期第2版。

[8] 基坑土钉支护技术规范(CECS 96:97)

[9] 土工试验方法标准.(GB/T50123-1999)

[10] 土工试验方法标准(GBT50123-1999)条文说明

[11] 《原状土取样技术标准》(JGJ89-92)

[12] 中华人民共和国建设部.建筑制图标准(GB/T50104-2001)，

北京：中国计划工业出版社，2002

[13] 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范

(GB50010-2002).北京：中国建筑工业出版社，2001

[14] 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)条文说明

[15] 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)

[16] 《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22-90)

[17] Peck.R.B Deep Exacavations and Tunneling in Soft

Ground .1998

[18] R.J.Byrne,D.Cotton,J.Porterfield,C.wolschlag,G.Ueblac

ker,Manuafor Design and Construction Monitoring of Soil Nail Walls,1994

[19] Foerster.w.Predietion ot deformations around deep

exeavations.Deformations of soils and Displacements of structure Xecsmfe[J].1991.4,801-804

[20] Satoru Ohtsuka,etal .Stability analysis of excavated

ground with sheet pole. In Shen Z J,etaleds.Proc of the 2nd Int Conf on Soft Soil

Engineering,1996,Nanjing,China.Nanjing:Hehai University

Press ,1996。