深部松软破碎煤层巷道锚网索支护技术研究

添加人：admin 发布时间：2015/11/4 17:00:35 来源：中国破碎机网

　　弟33卷弟3期煤炭科学技术深部松软破碎煤层巷道锚网索支护技术研究孙晓明，何满潮，冯增强（1.中国矿业大学（北京），北京1000832兖矿集团有限公司南屯煤矿，山东邹城273500）题进行了分析，认为该巷道围岩为高应力节理化复合型软岩（HJ型），并提出了具体的复合型变形力学机制转化对策设计，在对该巷道掘进位置及断面形状进行过程优化设计后，确定了具体的耦合支护参数。现场实际施工观测及回采期间巷道使用情况表明，锚网索耦合支护技术可以有效控制该类巷道围岩的稳定。
　　随着开我国煤矿采深度的加，井下巷道围岩所处的地质力学环境更加复杂，特别是在高应力作用下，井下工作面巷道围岩条件变得更加松软破碎，如何解决深部松软破碎煤层巷道的支护问题，己成为目前深部煤炭资源开采中的一项技术难题。
　　本研究采用锚网索耦合支护技术对南屯煤矿93上01工作面回风巷进行了支护，取得了很好的支护效果。
　　1工程概况1.1工程地质概况南屯煤矿93上01工作面回风巷位于九采区3上煤层，采区内煤层最低标高：3上A层煤-604.06基金项目：国家自然科学基金重大项目（50490270）；教育部科学技术研究重大项目（10405）；国家基金委创新研究群体基金项目（50221402）78m.米区东、西、北三面分别由峄山、马家楼和皇甫断层3条大断层切割而成；南部边界为古风化露头，中部有21号孔断层影响，地质构造比较复杂。
　　巷道所受地应力主要由重力、构造应力以及回采时所承受的采动荷载组成。根据现场工程地质调查及区域地应力分析，本区存在一定的残余水平构造应力，但影响不大。
　　采区来水形式主要是顶板水，充水含水层为煤层顶部砂岩和侏罗统红色砂岩（简称红层）含水层。其中，3层煤顶部砂岩系裂隙承压含水层，富水性较差。红层为富水性极不均一的裂隙承压含水层，透水性、富水性与井田东部、西南部相比均较弱。
　　1.2岩体结构5~5.8m，煤层结构为上软下煤炭科学技术硬的二元结构，如所示。煤层上部厚2. 7~3.0m，松散破碎，层理、裂隙十分发育，为松散结构；下部厚0.7~3叫煤体较为完整，层理、裂隙较上部发育较少，为碎裂结构。煤层走向倾角为10*左右，倾向倾角为15*左右。层理走向与巷道走向夹角70*左右。根据围岩微观扫描电镜分析，该层煤微裂隙十分发育。
　　93上01回风巷地质剖面及断面位置示意1.3原支护破坏状况93上01工作面回风巷开挖初期设计为矩形巷道，宽4m，高3叫采用过锚网及钢架支护形式，沿底掘进。施工初期，巷道的破坏形式主要有：（2）使用了钢筋超前锚杆，仍然不能改变一挖就垮的局面。
　　（3）锚梁网支护，菱形网刚度不够，形成兜状变形，围岩离层，易自燃。
　　（4）梯形钢架支护，顶部围岩点状接触，围岩离层易着火。
　　给综采放顶煤开采造成困难，而且变形仍然很大。
　　（6）掘进过程中，岩层破碎易发生煤炮和自燃。
　　造成上述现象的原因，主要是由于煤层倾向倾角为15*，所以矩形断面的巷道只有右帮见底，左帮留有一定厚度的底煤（虚线部分），而二元结构的煤层下部硬煤只有3m左右，巷道顶板大部分为碎裂结构的松散煤体，从而造成巷道难以支护。因此，选择合适的巷道断面形状及巷道位置，确定合理的支护方式，就成为迫切需要解决的问题。
　　2锚网索耦合支护设计21软岩类型判断720m，可推知，该巷道开挖部位所受的垂直自重应力为9.4~14.4MPa集中应力水平最高可达到28.8MPa通过现场工程破坏状况调查及理论分析，可以确定该煤层软化临界深度为400m左右，故该区已进入深部高应力状态。同时，该区煤层巷道沿底掘进极易塌方、冒顶，支护掘进十分困难。
　　综合分析，可以确定该工程岩体为HJ（高应力-节理化）复合型软岩。
　　2.2变形力学机制及其力学对策设计通过现场工程地质调查研究和室内物理力学试验研究，结合软岩工程力学理论分析，93上01工作面回风巷道围岩变形力学机制为IcbdIcc复合型变形力学机制，即：具有微裂隙膨胀（Ic）、重力和工程偏应力扩容变形（bd）和层理倾向型（Icc）的复合型变形机制。其中每一变形力学机制所采取的力学对策为：（1）Ic型：锚网耦合支护技术（复合托盘）。
　　技术。
　　2.3过程优化设计通过对不同断面形状巷道开挖后塑性区分布范围的数值模拟，对比分析其结果可以看出（a、b），直墙半圆拱形巷道开挖后的塑性区范围明显小于矩形巷道。因此，应选择直墙半圆拱形为最佳断面形状。
　　通过对不同巷道位置开挖后塑性区分布范围的数值模拟，对比分析其结果可以看出（b、c），破底开挖后的塑性区范围明显小于沿底开挖。因此，应选择破底开挖为巷道最佳布局方式。
　　同时，采用直墙半圆拱形巷道断面破底掘进，使巷道处于较好的围岩结构下，不仅有利于巷道回采期间的超前维护，更重要的是避免了沿底掘进造成的三角煤损失，有利于回采工作面的推进。
　　在确定巷道最佳断面形状及最佳巷道布局后，根据现场理论分析、数值模拟分析结果，结合现场实际操作的可行性，可以确定93上01工作面回风巷复合型变形力学机制的转化过程，如所示。
　　2.4耦合支护参数设计2.4.1初次耦合支护参数根据理论计算及数值模拟分析，确定93上01工作面回风巷初次耦合支护参数如下：（1）巷道断面形式为直墙半圆拱形，墙高为由93上01工作面回风巷埋深（H）为470煤炭科学技术复合型变形力学机制的转化过程示意三花状布置，间排距均为1m.根销杆2卷，要求每根销杆销固力为100~130MN.），外为金属托盘。
　　5mm钢筋焊接加工而成（80mm80mm），金属网规格为1100mm 1100mm>搭接长度100mm逐扣连接。
　　1800mm，间排距均为1m. 2.4.2二次耦合支护参数关键部位可根据数值模拟结果确定，即巷道顶板产生剪应力集中的部位。根据数值模拟结果，93上01工作面回风巷顶板销索支护的关键部位为顶板两肩部（）。根据理论计算及数值模拟结果分析，可以确定93上01工作面回风巷锚索二次耦合支护参数（）为：24mm钢绞线锚索，长度5. 5m，外露长度300mm，米用树脂药卷端头锚固，巷道破底开挖应力分布示意93上01工作面回风巷支护断面设计参数示意6―锚杆支护空间位置CK2350树脂药卷和K2350树脂药卷各1卷，锚索间排距为2 2000mm，三花布置。
　　钢板制成。
　　（3）由于全煤巷道产生高应力腐蚀现象不易观察，因此在实际工程中，根据具体情况，可紧跟掘进工作面施工，也可滞后掘进工作面施工，但滞后距离不能大于20m.其中，紧跟掘进工作面实施锚索支护，预紧力为98kN；滞后掘进工作面20m巷道开挖塑性区分布-矩形巷道沿底开挖塑性区分布；b―直墙半圆拱形巷道沿底开挖塑性区分布；直墙半圆拱形巷道沿底塑性区分布煤炭科学技术埋深/m不同埋深测点同-时间位移-埋深曲线4年的考验，巷道成形良好，顶板得到控制。回采过程中，在动压影响下，巷道没有产生较大的变形。成功地实现了在深部破碎煤层巷道沿底掘进，达到了预期目标，经济效益显著。