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        兌鎮(zhèn)煤礦31102工作面順槽底鼓原因分析及控制

        2012-11-10 01:57:30康繼忠吳雪飛
        山西煤炭 2012年9期
        關(guān)鍵詞:底鼓采區(qū)錨索

        康繼忠,吳雪飛

        (山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司,山西 呂梁 033000)

        兌鎮(zhèn)煤礦31102工作面順槽底鼓原因分析及控制

        康繼忠,吳雪飛

        (山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司,山西 呂梁 033000)

        通過(guò)分析兌鎮(zhèn)煤礦31102工作面巷道出現(xiàn)嚴(yán)重快速底鼓現(xiàn)象的原因,提出了采用錨網(wǎng)索耦合支護(hù)技術(shù)控制巷道底鼓的方案。

        耦合支護(hù);底鼓;控制

        1 兌鎮(zhèn)煤礦31102采煤工作面概況

        31102 工作面位于兌鎮(zhèn)煤礦三采區(qū)東翼,工作面兩巷沿煤層掘進(jìn),留有0.8 m~1.2 m的底煤。31102工作面開(kāi)采10號(hào)~11號(hào)合并層,平均厚度7.24 m,煤層普氏系數(shù)f=1.5~2,煤層埋藏穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含有0.05m~0.20m數(shù)層夾石。9號(hào)煤層厚度1.59m,與合并層間距在0.7 m~1.1 m,巖性為泥巖,9號(hào)煤直接頂為K2灰?guī)r,堅(jiān)硬,但大多數(shù)薄層存有偽頂,易跨落;合并層10號(hào)~11號(hào)煤直接底為粘土泥巖,遇水膨脹。31102工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤采煤工藝。工作面頂板控制采用全部垮落法控制頂,采空區(qū)頂板隨著支架前移自行垮落充填。

        2 底鼓原因分析

        兌鎮(zhèn)煤礦三采區(qū)多個(gè)工作面順槽巷道均發(fā)生了底臌現(xiàn)象,其中31102采煤工作面順槽巷道底臌現(xiàn)象最為明顯,其發(fā)生的主要原因有以下4點(diǎn):

        (1)人為采掘使得處于平衡的圍巖應(yīng)力破壞,通過(guò)人工支護(hù)保持這種應(yīng)力處于平衡狀態(tài),剛性的人為支護(hù)暫時(shí)阻止了明顯的變形,內(nèi)部蠕變通過(guò)底板慢慢的釋放;巷道的兩幫和頂板都有錨網(wǎng)支護(hù),而巷道底板沒(méi)有采取任何形式的支護(hù)措施。而且巷道底板下面有0.8 m~1.2 m煤層,煤層相對(duì)于巖層強(qiáng)度低,自身的承壓能力低,在圍巖的高應(yīng)力條件下產(chǎn)生底板變形底鼓。(2)煤柱的留設(shè)寬度也是產(chǎn)生底鼓的一種原因,一般說(shuō)來(lái)煤柱留設(shè)寬度增大,煤柱傳遞給底板的力增加。31102工作面運(yùn)輸順槽與相鄰的31104工作面運(yùn)輸順槽之間煤柱為39 m,31102工作面回風(fēng)順槽與相鄰的31105工作面運(yùn)輸順槽間煤柱為27m。(3)巷道布置的位置,31102工作面部分巷道布置在褶曲地帶,使得彈性變形能得不到有效釋放,可能在圍巖體兩幫產(chǎn)生擠壓變形,之后能量進(jìn)一步向底板轉(zhuǎn)移,促使底板抬高、鼓出。(4)31102工作面回風(fēng)順槽的淋水,對(duì)整個(gè)底板的應(yīng)力場(chǎng)造成了較大的影響,頂板和巷幫的流水使得巷道經(jīng)常積水,底板的煤和鋁土泥巖浸水后強(qiáng)度有一定程度的弱化,容易破壞產(chǎn)生底鼓。

        3 巷道底鼓控制設(shè)計(jì)

        3.1 設(shè)計(jì)思路

        31102 工作面順槽巷道出現(xiàn)底鼓主要原因是由于上覆巖層應(yīng)力造成的,可通過(guò)增加巷道頂板的整體性來(lái)控制巷道底鼓。通過(guò)加強(qiáng)巷道頂板的整體性,接近原巖應(yīng)力,可以從根源上抑制底鼓的產(chǎn)生。

        3.2 設(shè)計(jì)方案

        增加巷道頂板的整體性,可采用對(duì)巷道頂板實(shí)施耦合支護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)巷道頂板實(shí)施耦合支護(hù)后,由于錨索的擠壓加固作用和組合梁(拱)作用,提高了頂板巖梁的強(qiáng)度和彈性模量,從而大大改善了頂板的穩(wěn)定性,減小了直接頂通過(guò)兩幫傳遞到底板的壓力,有效緩解了巷道底鼓的發(fā)生。見(jiàn)圖1。

        3.3 31102工作面順槽巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)設(shè)計(jì)

        3.3.1 錨桿支護(hù)參數(shù)計(jì)算

        根據(jù)三采區(qū)31102工作面兩巷地質(zhì)條件,依據(jù)懸吊理論計(jì)算錨桿支護(hù)參數(shù)。懸吊理論進(jìn)行錨桿支護(hù)長(zhǎng)度L,計(jì)算公式為:

        式中:L為錨桿長(zhǎng)度,m;L1為錨桿外露長(zhǎng)度,取100 mm;L2為錨桿錨固長(zhǎng)度,取1300 mm;L3為錨桿有效長(zhǎng)度,取800mm。

        代入公式 (1)計(jì)算得到錨桿的長(zhǎng)度L為2200 mm。按照理論計(jì)算,錨桿長(zhǎng)度L為2200mm。

        圖1 頂板錨索耦合支護(hù)控制力學(xué)模型

        錨桿直徑由下式得出:

        式中:d為錨桿直徑,m;Q為錨桿錨固力,取0.180MN;σt為桿體材料的抗拉強(qiáng)度,取498MPa。

        按照理論計(jì)算,代入公式(2),計(jì)算可得錨桿直徑d為22mm。

        錨桿的間排距由公式(3)給出:

        式中:K為安全系數(shù),取5.3;γ為不穩(wěn)定巖層平均重力密度,取0.025MN/m3。

        根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,得到錨桿間排距a為1.02m。按照上述理論計(jì)算,三采區(qū)31102運(yùn)輸巷錨桿的間排距取900 mm×1000 mm。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,31102材料巷安全系數(shù)取煤柱集中應(yīng)力系數(shù)大約7.0,不穩(wěn)定巖層平均重力密度取0.025 MN/m3,代入公式(3),得到材料巷錨桿間排距:

        按照上述理論計(jì)算,由于三采區(qū)31102材料回風(fēng)巷巷道頂板的寬度為2.89 m,故頂板錨桿的間排距為850 mm×1000 mm。

        3.3.2 錨索參數(shù)計(jì)算

        根據(jù)錨索支護(hù)設(shè)計(jì)的原則,錨索支護(hù)應(yīng)在關(guān)鍵部位出現(xiàn)時(shí)的最佳支護(hù)時(shí)間對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。錨索參數(shù)由以下公式確定:

        式中:L為錨索總長(zhǎng)度,m;La為錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度,m;Lb為需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度,m;Lc為上托盤(pán)及錨具的厚度,m;Ld為需要外露的張拉程度,m。

        根據(jù)三采區(qū)31102工作面地質(zhì)條件,錨索錨固長(zhǎng)度為1.5m,需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度4.5 m,上托盤(pán)及錨具的厚度取0.1m,需要外露的張拉程度0.2 m。代入公式(4),得到錨索L的長(zhǎng)度為6.3 m,即6300mm。

        4 巷道底鼓控制效果

        巷道表面位移是反映巷道圍巖穩(wěn)定狀況的綜合指標(biāo)。從31102工作面順槽累計(jì)表面位移隨時(shí)間變化情況可以看出31102工作面實(shí)施新型耦合支護(hù)技術(shù)后,累計(jì)頂?shù)装逡平?9 mm,兩幫移近量55 mm??梢钥闯?1102工作面順槽巷道圍巖應(yīng)力重新分布,巷道周邊圍巖通過(guò)變形實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放,達(dá)到新的應(yīng)力平衡。從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以看出,巷道頂、底板移近量中,頂板下沉量占主要部分,巷道底鼓量很小,表明31102工作面順槽在實(shí)施高強(qiáng)錨網(wǎng)索治理技術(shù)后較好地控制了巷道底鼓。在實(shí)施耦合支護(hù)技術(shù)后,31102工作面順槽幫頂及底板變形均得到有效控制。

        Cause Analysis and Control of Crossheading Floor Heave on31102 Working Face in Duizhen Mine

        KANG Ji-zhong,WU Xue-fei
        (Shanxi Liliu Coking Coal Group,Lvliang Shanxi 033000)

        On the cause analysis of serious floor heave in roadways of31102 working face in Duizhen Mine,the paper presents bolt-net-anchor coupling support to control the floor heave.

        coupling support;floor heave;control

        TD82

        A

        1672-5050(2012)09-0066-02

        2012-04-19

        康繼忠(1971—),男,山西柳林人,碩士,工程師,從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。

        劉新光

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