翟金騰

(河南龍宇能源股份有限公司陳四樓煤礦,河南省永城市,476600)

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“一硬二軟”煤層沿空煤巷圍巖變形特點(diǎn)及支護(hù)對策

翟金騰

(河南龍宇能源股份有限公司陳四樓煤礦,河南省永城市,476600)

基于計(jì)算數(shù)值模擬分析結(jié)果與現(xiàn)場工程實(shí)例,對河南龍宇能源公司陳四樓煤礦“一硬二軟”(具有頂板堅(jiān)硬、煤層與底板軟弱)煤層沿空巷道的圍巖變形特點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了關(guān)鍵在于控制兩幫位移的沿空巷道支護(hù)方式,即兩幫的支護(hù)強(qiáng)度在埋深小于600 m時(shí)不應(yīng)小于0.2 MPa,埋深在600 m以上時(shí),不應(yīng)小于0.3MPa。

“一硬二軟”煤層 沿空巷道 圍巖變形 巷道支護(hù) 錨桿支護(hù) 數(shù)值模擬

AbstractBased on numerical simulation analysis and field construction project,this paper provides an analysis of the deformation characteristics of the surrounding rock of the drifts in coal seam with"hard roof,soft coal and soft floor"along the side of gob area.The paper also determines the key point is to control the displacement of both ribs of the drift along the gob area,i.e. the supporting intensity of both ribs of the drift should be no less than 0.2 MPa at the depth within 600 m and the supporting intensity of both ribs of the drift should be no less than 0.3 MPa at the depth over 600 m.

Key words"hard roof,soft coal and soft floor"coal seam,gob side entry,surrounding rock deformation,entry support,bolt support,numerical simulation

所謂“一硬二軟”煤層,是指頂板堅(jiān)硬、煤層及其底板較軟一種煤層賦存條件。河南龍宇能源公司陳四樓煤礦與西南交通大學(xué)共同合作對河南龍宇能源公司陳四樓煤礦具有“一硬二軟”特點(diǎn)的煤層的沿空巷道進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析與現(xiàn)場試驗(yàn)研究,研究了沿空巷道的圍巖變形特點(diǎn),并進(jìn)行了有的放矢地支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì),取得了滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

1 “一硬二軟”巷道變形特點(diǎn)研究

1.1 圍巖塑性區(qū)特點(diǎn)

經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析,陳四樓煤礦“一硬二軟”煤層的沿空巷道圍巖中的塑性區(qū)分布在兩幫及煤層底板巖層中,頂板巖層完全處于彈性變形狀態(tài)。從埋深500 m到900 m,“一硬二軟”沿空煤巷頂板巖層中均無塑性區(qū)存在,隨著埋深的增大,巷道兩幫壓剪變形塑性區(qū)逐漸變小,巷道底板中的拉伸變形塑性區(qū)逐漸增大。在現(xiàn)場,這種巷道的礦壓顯現(xiàn)表現(xiàn)為劇烈的兩幫移近與底鼓。

1.2 巷道位移特點(diǎn)

通過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù),繪制出“一硬二軟”煤層堅(jiān)硬頂板沿空巷道圍巖變形規(guī)律圖,見圖1,列出“一硬二軟”沿空巷道頂板離層實(shí)測數(shù)據(jù),見表1。

表1 “一硬二軟”沿空巷道頂板離層實(shí)測數(shù)據(jù)

圖1 陳四樓煤礦不同開采深度下“一硬二軟”沿空巷道表面位移

圖1和表1表明:這種煤層條件的沿空巷道,頂板巖層處于彈性應(yīng)力狀態(tài)。頂?shù)装迮c兩幫劇烈移近,是由兩幫煤體在頂板壓力下產(chǎn)生壓縮變形所至。底鼓一方面是因煤巷底板一般不進(jìn)行支護(hù),另一方面是因?yàn)樵谙噜徆ぷ髅娌煽諈^(qū)邊界上有較大面積的懸頂,使兩幫煤體強(qiáng)烈受壓,煤層底板產(chǎn)生橫向位移對巷道底板產(chǎn)生水平擠壓所至。在埋深超過700 m時(shí),頂?shù)装逡平颗c底鼓量均呈現(xiàn)加速之勢;而兩幫移近量在埋深超過600 m就開始加速。1.3 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

“一硬二軟”煤層的沿空巷道支護(hù)成敗的關(guān)鍵在兩幫。因此采取的設(shè)計(jì)方案:一是加大幫錨桿的支護(hù)強(qiáng)度與剛度,可考慮采用大直徑錨桿,如采用?22錨桿,在埋深超過600 m時(shí)支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到0.3 MPa;盡可能加大錨固長度,使錨固長度達(dá)到1.5 m(錨桿有效長度2 m左右)及以上。二是在靠工作面一側(cè),采用幫錨索,埋深小于600 m打1排?18.9 mm×6.5 m或?21.6 mm×6.5 m幫錨索,埋深在600 m及以上打2排 (同上規(guī)格)幫錨索。兩幫移近量控制的程度主要看允許的巷道位移量。只要能滿足使用要求即可。由于堅(jiān)硬頂板不用擔(dān)心頂板離層破碎,頂部的支護(hù)強(qiáng)度不必過大,巷道寬度也可適當(dāng)增大。事實(shí)上沿空巷道的兩幫最終移近量可能遠(yuǎn)大于計(jì)算機(jī)模擬分析結(jié)果。只要滿足工作面生產(chǎn)時(shí)的安全生產(chǎn)需要,支護(hù)就算是成功的。對回采巷道底鼓,只能采用生產(chǎn)過程拉底清理的辦法。目前來看,底鼓對生產(chǎn)影響不大。

2 現(xiàn)場工程實(shí)例

21109運(yùn)輸巷位于河南龍宇能源公司陳四樓煤礦十一采區(qū)21109工作面。該巷與21108工作面采空區(qū)相鄰。該巷自開口至500 m范圍為“一硬二軟”煤層條件,巷道最低處埋深580 m。巷道凈寬3600 mm,掘進(jìn)寬度約4000 mm?？紤]到巷道頂幫條件,頂部錨桿?20 mm×2.2 m,間排距800 mm ×900 mm,兩幫錨桿?18mm×2.2 m,間排距600 mm×600 mm。施工采用掘進(jìn)機(jī)破煤和裝運(yùn)煤,在施工中采用兩幫預(yù)留不小于400 mm的光面層,最后用風(fēng)鎬或手鎬刷幫成形。施工中要求幫錨桿托盤必須緊貼實(shí)幫,超挖之處在錨桿托盤與煤幫之間墊上200 mm×200 mm木板或木墩,確保幫壓向錨桿托盤傳遞。

動壓區(qū)外實(shí)測巷道兩幫移近量 700～1100 mm,動壓區(qū)內(nèi)1300～1500 mm(最終移近量,包括動壓區(qū)外移近量在內(nèi)),帶式輸送機(jī)的最大寬度位于動壓區(qū)外,巷道寬度滿足使用要求;在動壓區(qū)內(nèi),轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身寬度較小,2400 mm以上的巷道寬度即可滿足要求。圖2為陳四樓煤礦21109運(yùn)輸巷堅(jiān)硬頂板沿空巷道兩幫移近實(shí)測曲線圖。在動壓到來之前,兩幫移近量有一個(gè)相對穩(wěn)定期。

圖2 21109運(yùn)輸巷兩幫移近量實(shí)測曲線

在此期間,移近速度緩慢增長,最終穩(wěn)定在1 mm/d以下。

3 結(jié)論

堅(jiān)硬頂板沿空巷道支護(hù)成功的關(guān)鍵在兩幫。采用錨網(wǎng)支護(hù)時(shí),對幫錨桿的要求如下。

(1)幫錨桿要有較大的剛度,盡可能加大錨固長度,目的在于使煤幫位移可控,而不是完全阻止煤幫位移。

(2)要有適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)強(qiáng)度。在埋深600 m以淺,支護(hù)強(qiáng)度不應(yīng)小于0.2 MPa;在600 m以深,支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)不小于0.3 MPa。

(3)堅(jiān)硬頂板沿空巷道頂板巖層只存在彈性變形,可考慮盡可能小的支護(hù)強(qiáng)度。

(4)實(shí)踐表明,在600 m埋深以淺,堅(jiān)硬頂板沿空巷道的底鼓,對現(xiàn)場生產(chǎn)影響不大。

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(責(zé)任編輯 張毅玲)

"Hard roof,soft coal and soft floor"coal seam: coal drift surrounding rock deformation characters and support solutions

Zhai Jinteng

(Chensilou Coal Mine,Henan Longyu Energy Co Ltd,Yongcheng,Henan province 476600,China)

TD353.6

B

翟金騰 (1954-),男,河南省輝縣市人,高級工程師,現(xiàn)任永煤集團(tuán)陳四樓煤礦副總工程師,主要從事煤礦井巷工程支護(hù)技術(shù)研究工作。