大断面厚顶煤回采巷道强帮强角支护技术研究
李光
渊大同煤矿集团有限责任公司袁山西大同037003冤
摘要院针对马脊梁煤矿大断面厚顶煤回采巷道顶板及两帮存在煤体随掘随落袁巷道围岩变形量大袁支护效率低袁支护难度
大的问题袁采用现场调研尧数值模拟分析对回采巷道围岩应力位移分布情况进行分析袁提出在增强顶板锚杆尧锚索协同性的基础上袁应加强两帮支护的巷道支护对策袁并对不同优化方案进行模拟分析对比袁得出适合马脊梁煤矿大断面厚顶煤回采巷道的支护方案遥
关键词院大断面曰厚顶煤曰回采巷道曰支护技术
中图分类号院TD353文献标识码院B文章编号院1006-2572渊2019冤02-0066-04
ResearchonStrongSupportTechnologyforThickTopCoalMiningGatewayinLargeSection
(DatongCoalMiningGroupCo.,Ltd.,Datong,Shanxi037003)
LiGuang
Abstract:Aimingattheproblemsoflargedeformationofsurroundingrock,lowsupportefficiencyanddifficultsupportintheroofandtwosidesofthethicktopcoalminingroadwayoflargesection,MajiliangColliery,thepaperfirstanalyzesthedisplacementstrengtheningthetwogangssupportonthebasisofenhancingthesynergybetweenroofboltsandanchorcables,andfinallyobtainssupportschemesuitableforthelargesectionthicktopcoalminingroadwayinMajiliangCollierybysimulatingandanalyzingdifferentoptimizationschemes.
Keywords:largesection;thicktopcoal;mininggateway;supportingtechnology
distributionofsurroundingrockstressinminingroadwaybyfieldinvestigationandnumericalsimulation,thenproposes
随着煤炭开采强度尧机械设备的自动化程度的增加袁巷道断面不断增大袁巷道控制难度显著增加袁特别是高地应力尧围岩破碎尧厚顶煤的巷道支护问视了巷帮尧巷角部的支护袁使得巷帮首先发生变形破坏从而导致巷道顶板的失稳遥
题更为复杂[1-4]遥目前研究重点均是顶板的支护袁轻
岩粉砂岩袁局部上为炭质泥岩袁下为粉砂岩袁块状袁性脆曰老顶为砂砾岩尧砾岩袁平均厚6.75m袁灰白色袁以石英为主尧长石次之袁致密袁较坚硬要坚硬袁次棱角要次圆状曰直接底为砂泥岩尧高岭岩袁平均厚3.20m袁深灰色或灰褐色尧黑褐色袁贝壳状断口袁下部夹薄煤层曰老底为含砾砂岩尧砾岩袁平均厚6.94m袁灰白色袁以石英为主尧长石次之袁偶含煤屑袁胶结致密遥1.2支护参数
8220工作面2220巷全长1614.5m袁矩形断面袁宽5.4m袁高3.6m袁采用锚杆渊索冤+W型钢带+金属网联合支护遥顶板采用椎20左旋无纵筋螺纹钢锚杆袁长2400mm袁每排7根袁间排距800mm×900mm曰采用椎21.8高预应力锚索袁长8000mm袁每排5根袁排距
1.1地质条件
马脊梁煤矿所采14-3#煤层袁平均厚度7.63m袁平均倾角1毅袁煤层埋深平均500m袁采用综采放顶煤开采方法遥煤层直接顶为砂泥岩尧粉砂岩尧炭泥岩袁平均厚2.82m袁黑色尧浅灰色尧灰白色炭泥岩尧砂泥
2019年第2期江西煤炭科技窑67窑
2700mm袁中间3根锚索间距1600mm袁垂直布置遥工作面侧帮渊左帮冤采用椎20玻璃钢锚杆袁长2000mm袁每排4根袁间排距900mm伊900mm曰右帮采用椎18左旋无纵筋螺纹钢锚杆袁长2000mm袁每排4根袁间排距900mm伊900mm遥
现场调研发现袁巷道顶板及两帮均存在煤体随掘随落的情况袁巷道表面局部表现出不规则不平整的特征遥顶板锚索布置集中袁角锚索端头护表构件采用小段工字钢袁护表面积小袁且工字钢腹板与巷道顶板平行布置袁两侧工字钢腿出现应力集中袁破坏顶板完整遥变形破坏特征如下渊见图1冤院道袁顶煤厚度平均4m袁围岩两帮与顶板均为较软弱
渊1冤2220巷为大断面托顶煤沿底掘进全煤巷
2.1变形特征分析
图12220巷原支护条件下巷道变形破坏
的煤体遥巷道支护困难尧成本高尧效率低袁且掘进期间巷道受到断层等特殊地质与应力条件的影响袁围岩中应力集中程度较大袁围岩变形量大遥
渊2冤工作面支承压力峰值高尧影响范围大遥由于
2.3支护对策
根据对2220巷围岩变形特征调研及数值模拟破坏分析可知袁为保证大断面厚顶煤回采巷道在服务期间的安全可靠袁在增强顶板锚杆尧锚索协同性的基础上袁应加强两帮支护袁主要对策如下院
渊1冤充分利用锚杆尧锚索支护系统对围岩的支
14-3#煤层老顶为坚硬的砂砾岩袁且工作面采用综采放顶煤开采袁顶板垮落回转空间大袁顶板冒落高度尧裂隙带高度大袁支承压力峰值高袁工作面采动影响剧烈袁导致回采巷道变形强烈袁加剧巷道支护难度遥2.2原支护巷道破坏模拟分析
采用FLAC3D数值模拟软件分析原支护下巷道围岩应力分布及位移变化趋势袁见图2遥可知回采巷道在掘进过程中袁改变了围岩的原始应力状态袁围岩在掘进应力影响下发生破碎袁支护系统的作用主要是对围岩力学性能的改善遥巷道顶角处存在剪切应力集中袁易导致巷道失稳袁是巷道支护中需要重点改善的部位遥
护能力袁优化顶板和巷帮锚杆尧索及护表构件的布置形式与参数袁达到锚杆尧锚索协同支护的目的遥
渊2冤巷道支护应充分利用围岩的自承能力袁巷
道围岩是共同作用体袁巷道的变形破坏首先从巷道薄弱处发生袁现阶段为维护巷道顶板安全袁往往重视顶板支护和轻视巷帮支护的重要性袁导致巷帮支护不足引起巷帮变形破坏袁从而导致巷道支护失败遥强帮固顶袁优化巷道两帮锚杆支护参数袁提高巷帮支护强度袁从而增强巷道对顶板的支承作用袁减小两帮极限平衡区与顶板广义跨度袁达到控制巷道顶板的目的遥
3.1模型建立
渊a冤垂直应力
渊b冤水平应力
采用FLAC3D数值模拟软件建立数值模拟模型袁煤层顶底板岩层物理力学参数见表1遥结合2220巷道围岩变形特点袁建立以下三种方案院①顶板锚索减少为3根袁长度减小为7.0m袁排距2.7m袁间距1.6m袁巷帮每帮增加1根锚杆袁间距减小为0.75m曰②顶板锚索减少为每排2根袁间距3.2m袁排距1.8m袁长度减小为7.0m袁巷帮锚杆加长为2.4m曰③顶锚索减少为2根袁间距3.2m袁排距1.8m袁长度减小为7.0m袁巷
渊c冤剪切应力
图2原支护条件下巷道围岩应力及位移
渊d冤位移分布
道每帮增加1根锚杆袁间距减小为0.75m遥3.2模拟结果分析
渊1冤巷道围岩垂直位移对比分析
窑68窑江西煤道围岩FLAC3D数值模拟分析袁虽然不能准确计算出巷
的实际位移量袁但是可以分析巷道不同位置围岩的变形趋势袁以及不同方案控制巷道围岩的变形效果遥由模拟可知袁原支护方案顶板下沉量为28.41mm袁底鼓量为15.59mm曰优化后的支护方案一顶板下沉量为28.38mm袁底鼓量为15.51mm曰方案二顶板下沉量为27.82mm袁底鼓量为15.87mm曰方案
三顶板下沉量为27.81mm袁底鼓量为15.54mm遥对比分析可知袁优化后的支护方案巷道顶板下沉量均小于原支护方案袁且方案三巷道顶板下沉量最小曰方案二与方案三对比可知两帮锚杆加密能够对巷道顶底板渊稳定性起到积极作用遥
由2模拟冤巷道可围知岩袁原水平支护方位移案对两比帮分析
移近量42.17mm曰优
化后的支护方案一两帮移近量38.86mm袁方案二两帮移近量40.98mm袁方案三38.46mm遥可见袁优化后支护方案在增加两帮锚杆支护长度或密度后袁两帮移近量均小于原支护方案袁且以方案三两帮移近量最小曰方案二与方案三对比可见两帮锚杆加密能够对巷道渊3冤巷道两帮围起到岩塑更好性区的对支护作用比分析
遥
渊a冤原方案渊b冤方案一
图3渊c巷道冤方案围二岩塑性屈服渊d区冤方对案三
比分析
由模拟可知袁巷道围岩主要以压剪破坏为主袁且相对于原支护方案袁优化后的支护方案一顶板塑性区略有增大袁方案三略有减小袁表明优化支护方案三对于控制围岩塑性区范围尧尤其是巷道两帮塑性屈服有着较好的作用遥
4.1优化渊后支护方案
采用1冤顶板椎20支护
的左旋无纵筋螺纹钢锚杆袁长2400mm袁每排7根袁间排距800mm伊900mm袁外侧锚杆距帮
炭科技2019年第2期
300mm袁向外倾斜10毅袁铺设椎4mm伊100mm伊100mm菱形金属网袁5100mm伊280mm伊3mm的W钢带压网袁配套150mm伊150mm伊10mm碟形垫遥锚索采用椎21.8高预应力锚索袁长7000mm袁每排2根袁排距1800mm袁间距3200mm袁配套300mm伊300mm伊16mm钢托板遥见图4渊a渊冤遥
工2冤作两面帮侧帮支护
采用椎20玻璃钢锚杆袁长2000mm袁每排5根袁间排距750mm×900mm袁距顶150mm袁倾角向上10°袁距底450mm袁倾角向下10°袁挂塑料网并配套相应托板遥非工作侧帮采用椎18左旋无纵筋螺纹钢锚杆袁长2000mm袁每排5根袁间排距750mm伊900mm袁距顶150mm袁倾角向上10°袁距底450mm袁倾角向下10°袁铺设菱形金属网袁规格椎4mm伊100mm伊100mm袁W型钢护板袁规格450mm伊220mm伊4mm袁配套相应钢托板遥见图4渊b冤遥
渊a冤顶板支护
图4渊优化b冤支护后巷道断面
支护
4.2效果分析
优化后的支护方案三在马脊梁矿回采巷道中应用后袁巷道顶底板移近量尧顶板下沉量与两帮移近量均明显减小袁巷道表面收敛得到改善袁能够满足巷道服务期间的安全稳定遥
2019年第2期江西煤炭科技窑69窑
帮塑性屈服有着较好的作用遥
1冤对于大断面厚顶煤回采巷道袁应充分利用锚杆尧锚索支护系统对围岩的支护能力袁优化顶板和巷帮锚杆尧索及护表构件的布置形式与参数袁达到锚杆尧锚索协同支护的目的遥
2冤巷道的变形破坏首先从巷道薄弱处发生袁现阶段的巷道支护往往轻视巷帮支护袁导致巷帮支护不足引起巷帮变形破坏袁从而导致巷道支护失败遥强帮固顶袁优化巷道两帮锚杆支护参数袁提高巷帮支护强度袁从而增强巷帮对顶板的支承作用袁减小两帮极限平衡区与顶板广义跨度袁达到控制巷道顶板的目的遥
3冤数值模拟分析可知袁优化后的支护方案袁增加了巷帮支护强度袁控制了巷道顶底板和两帮的变形量袁且对于控制围岩塑性区范围尧尤其是巷道两
参考文献院
咱1暂单仁亮袁蔚振廷袁孔祥松袁等.松软破碎围岩煤巷强帮强角
支护控制技术咱J暂.煤炭科学技术袁2013袁41渊11冤院25-29.咱2暂樊永东.深部大采高超大断面切眼围岩控制技术及其
应用咱J暂.煤炭工程,2018袁50渊5冤院53-55袁59.
咱3暂刘学化.大断面回采巷道失稳机理及支护技术咱J暂.煤
炭科技袁2013渊2冤院90-92.
咱4暂李宁.大断面回采巷道支护设计研究咱J暂.煤矿现代
化袁2017渊6冤院118-121.作者简介院李光渊1981-冤袁男袁山西大同人袁2015年毕业于辽宁科技大学采矿工程专业袁助理工程师袁现在大同煤矿集团有限责任公司从事生产技术管理工作遥收稿日期院2018-12-18
编辑院彭呈喜
构造赋水性和导水性遥
渊上接65页冤
点视电阻率等值线呈现相对的低阻区域渊见图中白色椭圆区域冤袁视电阻率小于80赘窑m袁推测低阻异常为煤层采空区或塌陷冒落带局部充水的反映遥15号煤层附近在160～240点视电阻率较低袁呈现相对的低阻区域渊见图中白色椭圆区域冤袁视电阻率小于100赘窑m袁推测该处15号煤层顶板K2灰岩岩溶裂隙发育袁富水性较强遥
综上所述袁受小煤矿采空区自身特点的影响袁传统勘察方法在实践中存在着诸多的问题袁需要应用物探方法遥瞬变电磁法能够有效了解小煤矿采空区的位置尧范围等详细信息袁勘探精度与物探成果准确性较高袁值得大力推广和应用遥
图2勘查北区瞬变电磁200N线视电阻率断面
各测线视电阻率断面图中袁横坐标表示测点号袁纵坐标表示地面标高袁通过不同的颜色表示视电阻率值由低到高的变化和煤位置遥现以勘查北区剖面为例袁进行分析和解释遥图2为勘查北区瞬变电磁200N线视电阻率断面图袁该测线位于勘查北区的南部遥视电阻率断面图袁纵向上袁反映视电阻率由浅到深基本呈现低～高的电性特征遥图中上部为一薄层低阻袁厚约20m袁视电阻率值小于50赘窑m袁为第四系土层和风化基岩的反映遥其下视电阻率缓慢上升袁变化范围在50～90赘窑m之间袁推测为二叠系下石盒子组和山西组的完整砂岩和砂质泥岩的反映袁局部等值线呈低阻凹陷状袁为煤层采空区或塌陷冒落带局部充水的反映遥中下部视电阻率呈梯级增高袁视电阻率值大于90赘窑m袁为石炭系～奥陶系顶界地层的反映遥15号煤层在该层中上部袁东部视电阻率明显低于西部袁推测东部岩层富水性高于西侧遥横向上袁断面图3号煤层附近在120～200
参考文献院咱1暂王
咱2暂贾辉.综合物探在京西浅层小煤矿采空区探测中的咱3暂刘文才.综合物探在小煤矿采空区勘察中的应用咱J暂.咱4暂王卫红.黄土区小煤矿采空区物探技术应用咱J暂.山西咱5暂杨
建筑袁2017袁4渊14冤院255-256.
勇.综合物探方法在房采采空区勘查中的应用研铁道勘察袁2016袁9渊11冤院43-46.
应用效果及问题探讨咱J暂.工程勘察袁2017袁3渊14冤院66-68.
内蒙古煤炭经济袁2016袁4渊10冤院123-125.
艾.物探方法在小煤矿采空区勘查中的应用咱J暂.
究咱J暂.中国煤炭袁2017袁3渊11冤院133-135.
作者简介院焦昊渊1987-冤袁男袁山西长治人袁2010年毕业
于辽宁工程技术大学测绘专业袁本科学历袁2015年毕业于吉林大学软件工程在职研究生毕业袁工程师袁从事煤矿地质与测量相关管理工作遥收稿日期院2018-11-27
编辑院郑学涛
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