煤礦井下巷道頂板切頂卸壓支護技術(shù)方案研究

煤礦井下巷道頂板切頂卸壓支護技術(shù)方案研究

巷道頂板切頂錨索加固方案在采井過程中，路板的穩(wěn)定性直接決定了采井過程的安全性。隨著采井炮深度的增加，井地質(zhì)條件惡化，道路底板的應(yīng)力集中，礦壓變化和綜合采收部門存在許多干擾，容易造成頂板變形超標、坍塌等問題，給采井炮和其他礦山開采帶來嚴重的安全隱患。因此，本文在對井下地質(zhì)狀況和支護形式進行充分分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的煤礦井下巷道頂板切頂卸壓支護技術(shù)，采用恒阻大變形錨索對巷道頂板進行補強支護，對補強形式、補強技術(shù)參數(shù)進行了研究，確定了最佳支護方案，并對優(yōu)化前后巷道頂板的實際狀態(tài)進行了對比。根據(jù)監(jiān)測表明，新的支護技術(shù)方案能夠?qū)㈨敯逦灰屏拷档?0.6%，將巷道兩幫變形量降低69.5%，有效解決了巷道頂板在應(yīng)力作用下的變形情況，對提升井下綜采作業(yè)安全性具有十分重要的意義。1巷道支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化以煤礦井下典型不穩(wěn)定地質(zhì)條件為例，其煤層平均厚度約為3.3m，綜采面的傾斜段長度為133m，綜采面的走向長度為77m，煤層的平均傾角約為5.2°，煤層的埋深約為405m。巷道頂板主要是粉砂巖、中砂巖和泥巖的混合層級，最上面為粉砂巖，平均厚度為1.44m，第二層為中砂巖，平均厚度為2.51m，第三層主要為泥巖，平均厚度為1.66m。井下綜采面的輔助運輸巷為矩形斷面結(jié)構(gòu)，矩形斷面尺寸為3100mm×5000mm，支護時采用錨網(wǎng)索支護，在頂板處每排設(shè)置5組支護錨桿，設(shè)置支護錨桿的間距為1000mm×1000mm，并設(shè)置在巷道頂板接近實體煤幫的位置，要求支護錨桿和水平面呈75°的夾角，以確保支護的穩(wěn)定性，對于其他位置的支護錨桿可以采用豎直布置結(jié)構(gòu)。在靠近實體煤幫的位置，每隔4000mm設(shè)置一個鋼絞線錨索，在巷道兩側(cè)各設(shè)置一組間距為900mm×900mm的支護錨桿，最上側(cè)和最下側(cè)的錨桿與水平面呈15°傾角。2固定干擾大傾角保護2.1巷道圍巖滑移變形1）恒阻大錨索是一種新型的具有負泊松比的新型支護材料，不僅可以提供較大的支護阻力并保持支護阻力的穩(wěn)定性，而且能夠根據(jù)圍巖的變形情況調(diào)整自身的滑移變形，以提高在復雜地質(zhì)條件下的支護穩(wěn)定性。在該巷道采用恒阻大錨索進行支護時，不僅要承受頂板礦壓波動的影響，還要承受在綜采作業(yè)期間綜采擾動的影響。在對多種恒阻大錨索工作情況進行分析的基礎(chǔ)上，最終選擇了HZS35-300型支護錨索，該錨索的恒阻器長度為500mm，最大的允許變形量為350mm，錨索的恒阻值為30.3t，錨索直徑為21.4mm，在工作過程中，恒阻大錨索和圍巖相互作用的原理如圖1所示2.2切縫深度h的計算恒阻大錨索在支護時，其長度將直接影響支護的效率和安全性，因此在設(shè)計時，應(yīng)重點對其支護參數(shù)進行優(yōu)化恒阻大錨索的長度主要取決于支護區(qū)域巖層的切縫深度，根據(jù)井下巷道頂板的地質(zhì)情況，其巷道頂板上的切縫深度H可表示為H=(H式中：H代入數(shù)據(jù)，計算得H=7.56m。為保證巷道頂板在采空區(qū)垮落后頂板圍巖的穩(wěn)定性，在固定恒阻大錨索時應(yīng)該將其固定在預裂縫隙深處的穩(wěn)定巖層中。因此，根據(jù)經(jīng)驗公式，恒阻大錨索的長度應(yīng)該比頂板切縫的深度大2mm左右，再根據(jù)相應(yīng)錨索規(guī)格結(jié)合井下巷道現(xiàn)有支護結(jié)構(gòu)，在礦壓波動規(guī)律進行監(jiān)測的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有支護結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置兩列恒阻大錨索，第一列錨索和切縫的距離約為600mm，排距約為2500mm，第二列錨索和第一列錨索之間的距離設(shè)置為1500mm，排距為2500mm，其支護密度為0.8根/m3支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后巷道圍巖位移對比為對優(yōu)化前后的實際支護效果進行對比分析，在巷道內(nèi)采用了布點監(jiān)測的方式，對巷道頂板和兩幫的變形量進行監(jiān)控，優(yōu)化前后頂板和兩幫的變形情況如圖3所示。由圖3可知，優(yōu)化后巷道頂板的平均位移量約為255mm，在進行支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的平均位移情況約為177mm，比優(yōu)化前降低了約30.6%。在優(yōu)化前，巷道內(nèi)兩幫的位移量約為668mm，在進行支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的平均位移情況約為204mm，比優(yōu)化前降低了約69.5%。因此可知，采用新的煤礦井下巷道頂板切頂卸壓支護技術(shù)，能夠顯著提升煤礦井下綜采作業(yè)過程中的巷道穩(wěn)定性，對提升井下綜采作業(yè)效率和安全性具有十分重要的意義。4確定錨索長度及錨索長度1）巷道采用恒阻大錨索進行支護時，不僅要承受頂板礦壓波動的影響，還要承受在綜采作業(yè)期間綜采擾動的影響。2）為保證巷道頂板在采空區(qū)垮落后頂板圍巖的穩(wěn)定性，恒阻大錨索在固定時應(yīng)該固定在預裂縫隙深處的穩(wěn)定巖層中，最終選定