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        2302 工作面主回撤通道錨-梁-注綜合控制技術(shù)研究

        2023-10-19 10:34:26王志營
        山東煤炭科技 2023年9期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖變形

        閆 超 王志營

        (棗莊礦業(yè)集團(tuán)礦業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司東于分公司東于煤業(yè),山西 太原 030402)

        1 工程概況

        東于煤業(yè)2302 工作面主回撤通道為矩形,尺寸為寬×高=5500 mm×4000 mm,原支護(hù)采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)+垛式支架。其中:頂板采用鋼筋托梁作為錨桿支護(hù)的組合構(gòu)件,錨桿采用Φ22 mm×L2500 mm 左旋無縱筋MSGLW-500 螺紋鋼筋樹脂錨桿,錨固方式為樹脂加長錨固,采用一支K2335 和一支Z2360 錨固劑,錨桿錨固力不小于90 kN,錨桿扭矩不小于150 N·m;鋼筋網(wǎng)+菱形網(wǎng)護(hù)表;錨桿間排距1000 mm×1000 mm;頂板錨索為Φ17.8 mm×L8000 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線,每排4 根,排距B=2000 mm,采用一支S2360 型和2 支Z2335錨固劑。回采幫錨桿為Φ20 mm×L2400 mm 玻璃鋼錨桿,煤柱幫錨桿為Φ22 mm×L2500 mm 左旋無縱筋MSGLW-335 螺紋鋼錨桿,樹脂加長錨固,采用一支K2335 和一支Z2360 錨固劑,后期補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)錨索采用Φ17.8 mm×L6000 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

        工作面將推進(jìn)至主回撤通道位置時(shí),主回撤通道圍巖變形破壞嚴(yán)重,煤柱幫擠出9500 mm,頂?shù)装逡平?480 mm,嚴(yán)重影響2302 工作面設(shè)備的順利回撤。針對該問題,對主回撤通道提出并采用錨-梁-注綜合控制技術(shù)[1-6]。

        2 動壓影響下主回撤通道圍巖變形破壞特征研究

        2.1 末采期間主回撤通道變形監(jiān)測分析

        根據(jù)2302 工作面現(xiàn)場的工況,在原支護(hù)設(shè)計(jì)下,安設(shè)3 個多基點(diǎn)表面位移觀測站,如圖1。

        圖1 2302 工作面主回撤通道表面位移測站布置情況

        2302 工作面主回撤通道表面位移監(jiān)測曲線示意圖如圖2。從圖中三個測站的數(shù)據(jù)顯示,2302 工作面主回撤通道中部區(qū)域比兩端區(qū)域圍巖變形嚴(yán)重,中部區(qū)域頂板變形量比兩端區(qū)域圍巖變形量大65%左右。隨著工作面的不斷推進(jìn),主回撤通道受采動影響表現(xiàn)出增大趨勢。

        圖2 2302 工作面主回撤通道表面位移監(jiān)測曲線示意圖

        1)2302 工作面主回撤通道距工作面距離在100~65 m 階段,巷道圍巖基本不受采動影響,巷道圍巖基本沒有變形,圍巖穩(wěn)定性較好。該階段為不受采動影響階段。

        2)2302 工作面主回撤通道距工作面距離在65~30 m 階段,巷道圍巖開始受采動影響,巷道圍巖發(fā)生變形,但是變形量較小。該階段為受采動影響階段。

        3)2302 工作面主回撤通道距工作面距離小于30 m 階段,巷道圍巖受劇烈采動影響,巷道圍巖變形量大幅度增加,頂板下沉量可達(dá)450 mm 左右,局部地段頂板出現(xiàn)掉頂現(xiàn)象,伴有網(wǎng)兜或破碎,有明顯的底鼓現(xiàn)象,工作面兩幫變形嚴(yán)重,其中煤柱幫破碎變形明顯,影響主回撤巷道的安全通行。該階段為受劇烈采動影響階段。

        2.2 末采期間主回撤通道圍巖變形破壞特征模擬

        以2302 工作面為計(jì)算模型,設(shè)計(jì)模型尺寸=300 m×100 m,邊界條件為模型底部采用固支,四周采用鉸支,上部為自由邊界。用UDEC4.0 對2302 工作面進(jìn)行數(shù)值模擬,研究工作面末采期間主回撤通道塑性區(qū)變化特征。模型煤層物理力學(xué)及節(jié)理面參數(shù)見表1。

        末采期間,對2203 工作面主回撤通道距工作面距離分別為40 m、30 m、20 m、10 m、5 m、0 m共6 種情況下圍巖塑性區(qū)分布進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,結(jié)果如下:2302 工作面主回撤通道距工作面40 m 時(shí),受采動影響較小,巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)分別為2.0 m、1.4 m、1.5 m;距工作面30 m 時(shí),巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)分別為2.4 m、1.6 m、1.7 m;距工作面20 m 時(shí),巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)、回采幫塑性區(qū)分別為3.0 m、1.9 m、2.0 m、2.2 m;距工作面10 m 時(shí),巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)、回采幫塑性區(qū)分別為6.1 m、2.3 m、2.5 m、2.8 m;距工作面5 m 時(shí),巷道頂板塑性區(qū)、底板塑性區(qū)、煤柱幫塑性區(qū)、回采幫塑性區(qū)分別為6.1 m、2.3 m、2.5 m、2.8 m;距工作面5 m 時(shí),頂煤產(chǎn)生了大范圍的塑性區(qū),左右?guī)退苄詤^(qū)已與工作面連通;距工作面0 m,即與工作面貫通后,巷道上方頂板塑性破壞,與右?guī)退苄詤^(qū)連接成一個矩形整體塑性破壞區(qū)。

        3 主回撤通道圍巖綜合控制技術(shù)研究

        3.1 強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)

        在原有支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)上對錨桿錨索支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化。將MSGLW-335 螺紋鋼筋樹脂錨桿調(diào)整為MSGLW-550 螺紋鋼筋樹脂錨桿,提高錨桿屈服強(qiáng)度至500 MPa,提高錨桿扭矩至400 N·m;將回采幫三根Φ20 mm×L2400 mm 玻璃鋼調(diào)整為MSGLW-550 螺紋鋼筋樹脂錨桿;錨索直徑從17.8 mm 調(diào)整為21.6 mm,每排設(shè)置兩根,張拉預(yù)緊力從260 kN 提高至504 kN。調(diào)整后的錨桿錨索支護(hù)斷面如圖3。

        圖3 主回撤通道強(qiáng)化調(diào)整后支護(hù)形式斷面示意圖(mm)

        3.2 頂板錨吊梁支護(hù)

        頂板施工錨吊梁支護(hù),如圖4。錨吊梁采用4根Φ17.8 mm×12 000 mm 的錨索+12#雙工字鋼梁組合而成。

        圖4 頂板施工錨吊梁技術(shù)示意圖(mm)

        3.3 兩幫注漿加固

        在2302 工作面主回撤通道距離工作面100 m前位置,對幫部煤體實(shí)施注漿加固。注漿材料采用42.5 級普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液漿,水灰比采用1:1,并加入氯鹽和三乙醇胺速凝劑加快凝結(jié)時(shí)間,打注漿錨桿并對打好的注漿錨桿進(jìn)行注漿。注漿錨桿結(jié)構(gòu)如圖5。注漿錨桿采用直徑20 mm 鋼管制作,壁厚3 mm,端部加工100 mm 的螺紋,在桿體上每間隔200 mm 位置對開一組Φ6 mm 出漿孔。末采前對煤柱幫、回采幫注漿加固,采用長度為3 m、5 m 兩種注漿錨桿進(jìn)行交替布置,每排3 根,排距900 mm,注漿壓力1.5~2 MPa。

        圖5 注漿錨桿結(jié)構(gòu)(mm)

        3.4 支護(hù)方案數(shù)值模擬

        采用UDEC 數(shù)值模擬軟件對巷道錨-梁-注綜合控制技術(shù)進(jìn)行研究分析,其中cable 單元用于模擬錨桿、錨索支護(hù)結(jié)構(gòu),beam 單元用于模擬工字鋼梁支護(hù)結(jié)構(gòu),support 單元用于模擬垛式支架支護(hù)結(jié)構(gòu)。建立賓漢漿液滲流模型用于模擬煤柱幫、回采幫注漿加固。從模擬結(jié)果可知,當(dāng)工作面主回撤通道受劇烈采動影響后頂板、幫部變形量分別為195 mm、210 mm,采用新支護(hù)方式后巷道圍巖變形量得到了有效控制,支護(hù)效果明顯。

        4 應(yīng)用

        將錨-梁-注綜合控制技術(shù)應(yīng)用于2302 工作面主回撤通道加固后,不同階段的圍巖變形量大幅度減小,頂板變形量、兩幫變形量、底鼓量分別降低57%、65%、45%以上,鼓包破碎現(xiàn)象基本消失,2302 工作面的搬家回撤工作進(jìn)行順利,縮短搬家時(shí)間8 d,安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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