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        采動影響下巷道圍巖變形特征及支護技術(shù)研究

        2013-12-23 04:50:04張立紅
        山西煤炭 2013年3期
        關(guān)鍵詞:離層采動錨索

        張立紅

        (山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 陽泉 045000)

        工作面順槽巷道圍巖的穩(wěn)定性是保證煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。順槽巷道圍巖變形,一般經(jīng)歷五個階段[1]:巷道掘進影響階段、掘進影響穩(wěn)定階段、采動影響階段、采動穩(wěn)定影響階段、二次采動影響階段。對順槽巷道圍巖穩(wěn)定性影響最大的因素,是工作面回采對巷道的動壓影響[2];因此,研究采動影響下巷道圍巖變形特征和相關(guān)錨桿支護參數(shù)非常必要[3,4]。

        目前華潤煤業(yè)準備回采205工作面,根據(jù)采掘接替安排,開掘205運輸順槽是沿3號煤層底板布置,3號煤層平均厚度6.1m,平均埋深200m,巷道布置見圖1。

        圖1 205工作面巷道布置圖

        1 205運輸順槽頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)

        依據(jù)巖石力學(xué)實驗室測得205運輸順槽頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù),如表1所示。

        2 205運輸順槽數(shù)值模擬模型及模擬方案

        1)205運輸順槽模型:采用FLAC-3D數(shù)值模擬軟件進行,運輸順槽開挖前,先計算原始地應(yīng)力;模擬開挖時,將其初始地應(yīng)力作為重力荷載施加。205運輸順槽寬3.5m、高2.6m、工作面長80 m。矩形巷道,數(shù)值模擬時,沿205工作面對稱線取一半,工作面推進100m。工作面順槽模型尺寸,見圖2。

        表1 巖石力學(xué)參數(shù)

        圖2 工作面順槽模型

        2)工作面順槽模擬方案:矩形巷道的高度2 600 mm、寬度3 500 mm,巷道圍巖完整性較好,但屬于全煤巷,煤質(zhì)較軟。根據(jù)華潤煤礦的地質(zhì)力學(xué)條件,采用工程類比并結(jié)合數(shù)值模擬,排除不合理的支護方案,最終選定本次數(shù)值模擬的方案:頂板4根錨桿,長度2400mm,間排距1 000 mm×900 mm;兩幫各布置3根錨桿,長度2 200 mm,間排距1 000 mm×900 mm;錨索采用“隔排”布置,間距1 600 mm,排距1 800 mm。

        3 205運輸順槽數(shù)值模擬分析

        1)205工作面采動對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響[5]:運輸順槽建模時,在回風(fēng)順槽布置一測點,圖3為205回采工作面距測點90 m、20 m、10 m、0 m時,巷道圍巖屈服破壞情況。由圖3-a,距測點90 m時,運輸順槽未受任何采動影響,頂板錨索最大軸力182 kN,是錨索破斷載荷360 kN的50.6%,巷道穩(wěn)定完整。由圖3-b,距測點20m時,運輸順槽圍巖破壞深度增加,破壞區(qū)域主要位于工作幫上部,頂板錨索最大軸力182.4 kN,是錨索破斷載荷360kN的50.8%,巷道開始進入采動影響狀態(tài)。由圖3-c,距測點10 m時,運輸順槽圍巖破壞深度進一步增加,達到了錨桿的錨固區(qū)域,頂板錨索最大軸力188 kN,是錨索破斷載荷360 kN的52.2%。由圖3-d,距測點0 m時,運輸順槽圍巖幾乎完全破壞,破壞深度超出了錨桿的錨固區(qū)域,頂板錨索最大軸力190 kN,是錨索破斷載荷360kN的52.8%,巷道工作幫側(cè)頂板完全破壞。

        圖3 超前工作面煤壁不同距離處順槽圍巖屈服破壞

        3)表2為順槽頂?shù)装濉蓭鸵平亢湾^桿、錨索錨固范圍內(nèi)頂板離層值,隨測點至工作面煤壁距離變化的計算結(jié)果。由圖4和圖5看出,205工作面距測點30 m時,順槽頂?shù)装?、兩幫移近量開始增加,此時順槽處于工作面采動影響范圍之內(nèi),但移近量較??;但從前述分析結(jié)果看出205工作面距測點30m時,巷道圍巖仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。由圖6、圖7、圖8看出,205工作面距測點30m時,頂板錨桿錨固范圍離層量、錨索錨固范圍離層量錨固范圍內(nèi)總離層量開始增大,但數(shù)值較小,巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。205工作面距測點20m時,頂板錨桿錨固范圍離層量、錨索錨固范圍離層量錨固范圍內(nèi)總離層量開始明顯增大,且數(shù)值較大,巷道處于不穩(wěn)定狀態(tài);此時應(yīng)對205工作面運輸順槽頂板進行超前加強支護,以確保工作面安全生產(chǎn)。

        表2 工作面采動影響前后巷道圍巖穩(wěn)定性計算結(jié)果

        圖4 運輸順槽頂?shù)装逡平康淖兓€

        圖5 運輸順槽兩幫移近量的變化曲線

        圖6 運輸順槽錨索錨固區(qū)域頂板離層量的變化曲線

        圖7 運輸順槽錨桿錨固區(qū)域圍巖離層量的變化曲線

        圖8 運輸順槽錨固區(qū)總離層量的變化曲線

        4 結(jié)束語

        通過數(shù)值模擬,分析了運輸順槽在205工作面回采過程中的采動影響,得出以下結(jié)論:

        1)205運輸順槽未受采動影響時,巷道頂?shù)装逡平?0.65 mm,兩幫移近量23.66 mm,巷道穩(wěn)定性較好,運輸順槽受205工作面采動影響范圍30 m;但205工作面距測點20 m時,巷道才進入不穩(wěn)定狀態(tài),所以205運輸順槽的超前支護距離為20m。

        2)205運輸順槽的最優(yōu)支護方案為:頂板4根錨桿,長度2 400 mm,間排距1 000 mm×900 mm;兩幫各布置3根錨桿,長度2 200 mm,間排距1 000 mm×900mm;錨索采用“隔排”布置,單根排居中,間距1600mm,排距1800mm。

        3)在采動影響下采用上述錨桿支護參數(shù),結(jié)合礦井實踐證明,205運輸順槽在工作面回采期間仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        [1]杜時貴.巖體結(jié)構(gòu)面的工程性質(zhì)[M].北京:地震出版社,1999.

        [2]錢明高,石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2009.

        [3]趙海軍,馬鳳山,丁德民,等.采動影響下巷道變形機理與破壞模式[J].煤炭學(xué)報,2009,34(5):599-604.

        [4]樊正興,謝文兵.采動影響下煤層上山巷道支護技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2012,40(1):12-15.

        [5]劉建軍,呂志強,郭敏江.鄰近工作面采動影響下巷道礦壓規(guī)律研究[J].煤炭科技,2009,(1):81-83.

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