留小煤柱沿空掘巷錨梁網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究

1、留小煤柱沿空掘巷錨梁網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究 摘 要 留小煤柱沿空掘巷一直是礦井安全生產(chǎn)的難 點(diǎn)，采用傳統(tǒng)支護(hù)方式如梯形棚式支護(hù)、普通錨桿支護(hù)在后 期回采過(guò)程中難以有效控制圍巖變形。本文以某礦 13318E 工作面軌道順槽的典型圍巖條件為工程背景，運(yùn)用 FLAC2D5.0 軟件建立數(shù)值分析模型， 模擬不同煤柱寬度下巷 道變形情況，確定合理煤柱寬度，并根據(jù)巷道維護(hù)特點(diǎn)進(jìn)行 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，礦壓觀測(cè)表明：采用以高強(qiáng)錨桿為基礎(chǔ)、輔 以高預(yù)緊力錨索的錨網(wǎng)梁索支護(hù)技術(shù)，巷道圍巖變形得到有 效控制，取得了良好的效果。 關(guān)鍵詞 小煤柱 沿空掘巷 數(shù)值模擬 錨梁網(wǎng)索 中圖分類號(hào)： TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)

2、： 1009-914X （ 2014） 22-0398-02隨著開采深度與強(qiáng)度的不斷增加，特別是沿空掘巷時(shí)由 于受到相鄰采空區(qū)側(cè)向殘余支承壓力及工作面采動(dòng)超前支 承壓力的雙重影響，回采期間巷道圍巖變形嚴(yán)重，采用傳統(tǒng) 支護(hù)方式如梯形棚式支護(hù)、普通錨桿支護(hù)都難以有效控制圍 巖變形。本文以某礦 13318E 工作面軌道順槽的典型圍巖條 件為工程背景，運(yùn)用 FLAC2D5.0 軟件建立數(shù)值分析模型， 模擬不同煤柱寬度下巷道變形情況，確定合理煤柱寬度，并 根據(jù)巷道維護(hù)特點(diǎn)，確定合理的支護(hù)形式，進(jìn)而指導(dǎo)施工和 支護(hù)設(shè)計(jì)。1 工程概況1.1 巷道基本地質(zhì)條件某礦 13318E 工作面位于 -610m 水平，

3、 E2 采區(qū)，主采 8 煤。地面標(biāo)高+20.8+27.6m，工作面標(biāo)高-511-610m。工 作面西起東二 B 組采區(qū)上山；東至 F22 斷層；北至 13218E 運(yùn)輸順槽；南至 -610m 煤層底板等高線。與本工作面相鄰的 13218E 工作面已回采完畢。8 煤為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的中厚煤層，煤層西低東高，且局部煤 層起伏較大，煤層傾向 189° 210°，傾角 10° 15°， 煤厚1.53.6m ,平均煤厚2.75m。煤層老頂砂巖直接覆蓋在 煤層之上，局部地段煤層之上有泥巖偽頂（或相變?yōu)閵A矸） 直接底為泥巖。1.2 巷道維護(hù)特點(diǎn)1）上區(qū)段工作面 13218E

4、 工作面收作時(shí)間距今僅四個(gè)月， 上覆巖層的活動(dòng)沿未完全穩(wěn)定， 13318E 工作面軌道順槽掘進(jìn) 受殘余采動(dòng)影響大；2）煤層上方多為老頂（厚 22m 左右的砂巖）直覆，采 空區(qū)懸頂范圍廣，老頂破斷回轉(zhuǎn)時(shí)沖擊大；3）受陷落柱的影響范圍廣，煤層頂板受采動(dòng)和構(gòu)造的雙重影響，頂板多破碎，掘進(jìn)時(shí)頂板完整性控制難度大；4）煤層直接底為泥巖，底板暴露后極易形成底臌，難 以從根本上控制底板變形。5）受 13218E 工作面膠帶順槽擴(kuò)刷的影響，沿空掘巷時(shí) 的煤柱寬度難以確定，掘巷時(shí)的位置難以選擇；6）受上覆巖層破斷、回轉(zhuǎn)影響，頂板錨桿、錨索鉆孔 施工時(shí)困難，易出現(xiàn)卡鉆，抱鉆現(xiàn)象；7）采空區(qū)內(nèi)積水后對(duì)高幫煤壁浸泡，

5、易增加煤壁的片 冒，維護(hù)難度增大。2 煤柱合理寬度數(shù)值模擬分析2.1 模型的建立數(shù)值模擬選用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算程序 FLAC2D5.0 進(jìn)行模擬，模型大小為150m x 128m，巷道附近周邊網(wǎng)格進(jìn)行加密，其余部分網(wǎng)格成發(fā)散狀分布。模型的左、右及下邊界均 為位移固定約束邊界，上邊界為應(yīng)力邊界，按上覆巖層自重 施加均布載荷。2.2 數(shù)值模擬方案及結(jié)果分析 為確定小煤柱合理寬度，模擬沿空側(cè)巷道煤柱尺寸分別為5m、7m、10m時(shí)巷道圍巖變形情況，并以此確定煤柱的 合理寬度。經(jīng)數(shù)值模擬分析，不同煤柱寬度下巷道變形情況如（表1 ）所示。從（表1）可以看出，當(dāng)煤柱留設(shè) 10m時(shí)，巷道高幫移 近量526mm，

6、低幫移近量226mm，巷道底臌量達(dá) 746m，巷 道變形嚴(yán)重；當(dāng)煤柱留設(shè) 5m 時(shí)，巷道高幫移近量 494mm， 低幫移近量228mm，巷道底臌量達(dá)597m，巷道變形較為嚴(yán) 重；當(dāng)煤柱留設(shè) 7m時(shí)，巷道高幫移近量 457mm，低幫移近 量205mm，巷道底臌量達(dá)425m，巷道變形得到有效控制。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果分析可知，煤柱寬度的變化對(duì)巷道圍巖 穩(wěn)定性影響較大。煤柱過(guò)小時(shí)，巷道圍巖整體性差、承載能 力弱。但煤柱寬度達(dá)到一定值后，隨煤柱寬度增大，當(dāng)巷道 處于應(yīng)力峰值區(qū)之內(nèi)，由于應(yīng)力增大巷道變形量也相應(yīng)增 加。留設(shè)的小煤柱寬度不但要保證其自身穩(wěn)定，而且巷道圍 巖變形量較小，有利于巷道穩(wěn)定，故煤柱寬度定

7、為 7.0m 是 適宜的。3 支護(hù)方案與支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì) 為保證巷道在最終變形后能滿足通風(fēng)、行人等安全生產(chǎn) 需要，預(yù)留巷道斷面以滿足變形的要求， 13318E 工作面軌道 順槽斷面初定為直墻斜頂矩形，巷道尺寸：凈寬X中高=4.3mx 2.8m。1）巷道頂板采用 6 根 IV 級(jí)左旋超高強(qiáng)預(yù)拉力螺紋鋼錨 桿加4.4m長(zhǎng)M5型鋼帶、6mm鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī) 格為22-M24-2500mm ,每根錨桿配套兩節(jié) Z2360型中速樹 脂藥卷加長(zhǎng)錨固；錨桿間距 800mm，排距900mm。錨桿預(yù) 緊力矩不低于300N?m，錨固力不低于120kN。鋼筋網(wǎng)規(guī)格4400 x 1000mm，網(wǎng)的搭接部分應(yīng)全部壓在

8、鋼帶下方，并用1 2#鐵絲按 150mm 間隔有效連接。2）巷道低幫采用 4 根 IV 級(jí)左旋超高強(qiáng)預(yù)拉力螺紋鋼錨 桿加2.0m長(zhǎng)M4型鋼帶、12#菱形鐵絲網(wǎng)，錨桿規(guī)格為 20-M22-2500mm ，每根錨桿采用一節(jié) Z2360 型中速樹脂藥卷 加長(zhǎng)錨固。幫部錨桿間距為 650mm，排距為900mm。錨桿 預(yù)緊力矩不低于300N?m，錨固力不低于80kN。網(wǎng)的規(guī)格為 1600 x 1000mm，網(wǎng)的搭接部分應(yīng)全部壓在鋼帶下方，并用 12#鐵絲按 150mm 間隔有效連接。3）巷道高幫采用 5 根 IV 級(jí)左旋超高強(qiáng)預(yù)拉力螺紋鋼錨桿加3.0m長(zhǎng)M4型鋼帶、12#菱形鐵絲網(wǎng)，錨桿規(guī)格為 20-M

9、22-2500mm ，每根錨桿采用一節(jié)半 Z2360 型中速樹脂藥 卷加長(zhǎng)錨固。錨桿間距為 700mm ,錨桿排距為900mm。錨 桿預(yù)緊力矩不低于 300N?m，錨固力不低于80kN。網(wǎng)的規(guī)格 3200 x 1000mm，網(wǎng)的搭接部分應(yīng)全部壓在鋼帶下方，并用 12#鐵絲按 150mm 間隔有效連接。4）頂板錨索布置采用“3-3-3”形式，三根錨索均為單體錨索， 間距 1100mm、 排距 800，托盤采用 400mmx 400mmx 15mm 的大托盤配套 200mm x 200mm x 10mm的小托盤使用。鋼絞線規(guī)格為21.8mm x 6300mm，每孔采用一節(jié) K2335快速樹脂藥卷和

10、三 節(jié) Z2355 中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，以保證錨固效果；預(yù)緊力80100kN，錨固力不低于200kN，錨索緊跟迎頭施工安裝。5）在巷道高幫距底板 2.0m 處沿巷道走向施工一排錨索 梁，鋼絞線規(guī)格為 17.8mm x 4300mm，鋼絞線下鋪設(shè)2.6m 長(zhǎng)的 1 6#槽鋼，鋼帶上兩眼孔，間距 2.2m 。眼孔水平施工， 每孔采用三節(jié) Z2360 中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固， 以保證錨固效 果；槽鋼需配 100mmx 200mmx 10mm 的小托盤。錨索梁預(yù) 緊力80100kN，錨固力不低于200kN。錨索梁滯后迎頭不 超過(guò) 10 排施工安裝。6）單體支柱：每 5 排錨桿在巷道中間位置鋼帶下支設(shè)

11、單體液壓支柱，有效減跨和控制底鼓；點(diǎn)柱盡量緊跟迎頭支 設(shè)，滯后迎頭最大距離不得超過(guò) 30m。7）頂、幫破碎處，施工 3 4 根左旋螺紋鋼預(yù)拉力錨桿 加強(qiáng)，采用加長(zhǎng)錨固方式，每根錨桿采用兩節(jié) Z2355 型中速 樹脂藥卷錨固。8）巷道肩角處錨桿適當(dāng)帶一定角度，具體見(jiàn)支護(hù)參數(shù)圖所示。幫頂錨桿扭矩不低于300N?m，機(jī)具扭矩不足時(shí)采用人工滯后加扭。4 礦壓觀測(cè)及支護(hù)效果分析為了觀測(cè)圍巖控制效果，在 13318E 工作面軌道順槽施 工過(guò)程中，每隔一定距離設(shè)一測(cè)站對(duì)巷道表面位移進(jìn)行觀 測(cè)。觀測(cè)結(jié)果如（圖 1、2）所示。由圖可知，掘進(jìn)后約 15d 左右巷道變形趨于穩(wěn)定。在掘 進(jìn)期間，兩幫相對(duì)移近量達(dá)到37

12、8mm，其中高幫移近量為233mm ,低幫移近量為154mm ,分別占兩幫移近總量的 61.6% 和38.4% ;頂板下沉量較小，僅為124mm;底臌量為318mm , 占頂?shù)滓平康?71.9%。可見(jiàn)， 巷道圍巖變形得到有效控制。5 結(jié)論1) 根據(jù)數(shù)值模擬分析和現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，13318E工作面 軌道順槽沿空掘巷煤柱寬度定為 7.0m 是合理的。2) 礦壓觀測(cè)表明采用以高強(qiáng)錨桿為基礎(chǔ)、輔以高預(yù)緊 力錨索的錨網(wǎng)梁索支護(hù)技術(shù)后，巷道兩幫相對(duì)位移量378mm，頂板下沉量154mm，底？?量318mm，巷道圍巖變形控制好，圍巖結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，保證了留小煤柱沿空掘巷的安 全穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)1 張農(nóng)，高明仕.煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)J.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， ， 2004， 33(4)：524-527.2 安智海，張農(nóng)，李敬佩，等 .王村礦留小煤柱沿空掘 巷控制技術(shù) J. 能源技術(shù)與管理， 2008， 1：7-