神東孫家溝煤礦巷道支護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)_1

1、神東孫家溝煤礦巷道支護(hù)模擬實(shí)驗(yàn) 1概況 池家溝煤礦位于山西省保德縣境內(nèi)，主要開(kāi)采8#煤層，煤層厚度7.05m，頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為細(xì)粒砂巖。該礦為盡快建成高產(chǎn)高效礦井，在8#煤層布置一個(gè)綜采工作面，綜采工作面連采道原支護(hù)方式為錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)，巷道寬5.0m，高3.3m，在掘進(jìn)連巷時(shí)遇一長(zhǎng)達(dá)300m的背斜，在背斜區(qū)域內(nèi)，巷道頂板冒落嚴(yán)重，冒高達(dá)45m，表現(xiàn)為錨桿一錨索支護(hù)不久即冒落，冒落巖層呈鱗片狀，嚴(yán)重影響工程正常施工。 2模型制作 針對(duì)上述問(wèn)題，在室內(nèi)進(jìn)行相似材料模擬試驗(yàn)，以便確定合理支護(hù)方式。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩個(gè)模型，即錨桿一錨索超前支護(hù)和工字鋼支架支護(hù)。 2.1 模擬條件 （1） 煤層

2、及頂?shù)装鍘r層力學(xué)指標(biāo)，見(jiàn)表1。 表1 煤層及頂?shù)装鍘r層力學(xué)指標(biāo) 巖層名稱 厚度/m 巖石強(qiáng)度/mpa 備 注 壓 拉 砂質(zhì)泥巖 11.20 44.25 3.38 節(jié)理、層理明顯 8# 7.05 3.62 1.54 復(fù)合煤層，夾石1.21m 細(xì)粒砂巖 7.67 49.50 4.01 節(jié)理、層理明顯 （2） 模型尺寸：1.2m×1.2m×0.2m臥式可加載平面模型架，見(jiàn)圖1。 圖1臥式可加載平面模型架 2.2 模型基本參數(shù)確定 （1） 長(zhǎng)度比：l=lh/lm=20 （2） 強(qiáng)度比：=h/m=h/m·l=36 (3) 時(shí)間比： (4) 煤層及頂?shù)装鍙?qiáng)度換算：見(jiàn)表2。 表

3、2 煤層及頂?shù)装鍙?qiáng)度換算表 巖層名稱 巖層厚度 巖層強(qiáng)度/mpa 材料強(qiáng)度/mpa 材料配比 lh l m 壓 拉 壓 拉 砂質(zhì)泥巖 11.20 56.0 44.25 3.38 1.229 0.094 937 8#煤層 7.05 35.5 3.62 1.54 0.101 0.043 527 細(xì)粒砂巖 7.67 38.4 49.50 4.10 1.376 0.111 873 注：材料選擇沙子、水泥、石膏。 （5）支護(hù)方式布置。錨桿一錨索選擇超前支護(hù)布置，見(jiàn)圖2。錨桿選用20a3圓鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)2.0m，錨桿方向與巷道推進(jìn)方向夾角 50°。錨索選用屈服載荷27.0t的鋼交線，中間錨索長(zhǎng)度

4、為5.2m，兩幫錨索長(zhǎng)6.0m，并以60°傾角分別向兩幫傾斜。 圖2 錨桿一錨索支護(hù)方式布置。 工字鋼支架支護(hù)棚間距1.0m，頂板要求背板。 2.3 模型的成型方式及層理和節(jié)理的模擬 目前模型成型方式有兩種，砌塊模型和搗固模型，本模型采用搗固法，因?yàn)閾v固模型具有完整性好，相似材料強(qiáng)度易于保持，位移測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)。 為使制作模型盡量與原型相似，所以在模擬巖層的層理和節(jié)理時(shí)，采用云母粉和石英砂作為分層界限，節(jié)理采用人工在模型上制作成垂直或斜交的節(jié)理裂隙，并在界面上放入適量的云母粉和石英砂。 2.4 模型觀測(cè) （1）工字鋼支架支護(hù)模型測(cè)得頂板下沉量為0.4cm（原型8cm）。頂板完整良好，無(wú)破壞痕跡，見(jiàn)圖3。 圖3工字鋼支架支護(hù)頂板變化情況 （2）錨桿一錨索超前支護(hù)，頂板斷裂高度20cm（原型400cm）。直接頂破壞較嚴(yán)重，見(jiàn)圖4。 圖4 錨桿錨索超前支護(hù)頂板破壞情況 3結(jié)論 （1）工字鋼支架支護(hù)能及時(shí)地的支護(hù)新暴露的巷道頂板，可使連采機(jī)不退機(jī)就架設(shè)支架，使新掘巷道頂板完整，故在背斜區(qū)域采用工字鋼支架支護(hù)是可行的。 （2）錨桿一錨索超前支護(hù)原支護(hù)方式相比，解決了頂板局部隨掘隨冒的缺