1012综放工作面回撤通道围岩控制技术研究_常国华.pdf

12023 年第 5 期常国华：1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究常国华：1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究常国华（库车市科兴煤炭实业有限责任公司，新疆 库车 842000）摘 要 基于榆树泉煤矿综放工作面生产地质条件，运用 FLAC3D对工作面推进不同距离下回撤通道的围岩应力特征、围岩塑性区、顶板变形量进行数值计算。结果显示：当工作面与回撤通道间距在 20 m 以内时，通道围岩应力峰值、顶板下沉量明显增大，塑性破坏范围不断加剧。据此，制定了回撤通道的围岩控制方案，围岩变形在可控范围内。关键词 回撤；通道；矿压；支护 中图分类号 TD353 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.001Study on Surrounding Rock Control Technology of Withdrawal Passage in the 1012 Fully Mechanized Caving FaceChang Guohua(Kuqa Kexing Coal Industry Co.,Ltd.,Xinjiang Kuqa 842000)Abstract:Based on the production geological conditions of the fully mechanized caving face in Yushuquan Coal Mine,FLAC3D is used to calculate the stress characteristics of surrounding rock,plastic zone of surrounding rock,and roof deformation amount of the withdrawal passage under different distances of the working face.The results show that when the distance between the working face and the withdrawal passage is within 20 m,the peak stress of the surrounding rock of the passage and the subsidence amount of the roof are significantly increased,and the range of plastic damage is increasing.Based on this,the surrounding rock control scheme for the withdrawal passage is formulated,and the surrounding rock deformation is within the controllable range.Key words:withdrawal;passage;mine pressure;support 收稿日期 2023-09-22作者简介 常国华（1975），男，陕西宝鸡人，2007 年毕业于河南理工大学，本科，工程师，现任库车市科兴煤炭实业有限责任公司安全健康环保科业务主管。常国华：1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究常国华：1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究矿井智能化建设与开采生产为避免榆树泉煤矿南采区 1012 回采工作面搬家过程中回撤通道顶板冒落、煤壁片帮等问题1-6，结合工作面的生产地质条件，对末采期间回撤通道矿压特征及控制技术进行了研究7-8。1 工程概况1012 回采工作面位于榆树泉煤矿南采区，工作面标高+1757+1705 m，埋深约 180 m，近东西走向布置，倾向长度 165 m。工作面回撤位置北部为1014采空区，南部为下10煤层原榆树泉煤矿（9万t/a）采空区，西部为 1012 外切眼煤柱，东部为 1012 现采空区。1012 工作面主采下10煤层，煤层赋存稳定，节理及内生裂隙较发育，煤层厚度 3.94.1 m，平均倾角 12。1012 工作面回撤通道长 165 m，坡度平均为 12，为矩形巷道，断面规格 4 m3.2 m。2 末采阶段回撤通道矿压及变形特征 当工作面与回撤通道距离较远时，回采活动对回撤通道基本无扰动影响，围岩应力环境相对简单。当工作面距离回撤通道较近时，在超前应力的扰动下，回撤通道围岩应力趋于复杂化，围岩稳定性降低，控制难度加大，而回撤通道围岩应力情况以及围岩破坏特征与工作面和回撤通道间煤柱的宽度有关。采用 FLAC3D数值模拟软件对工作面推进过程中回撤通道矿压及间隔煤柱变形特征进行研究。2.1 数值模型的建立基于 1012 回撤通道生产地质条件，建立如图 1所示的数值计算模型。三维模型尺寸为 300 m200 22023 年第 5 期m60 m，回撤通道为矩形断面，开挖尺寸为宽 高=5 m3.5 m。边界条件：模型水平方向两端固定约束，底部边界为固支约束，顶部为自由边界，并施加垂直载荷为 3.54 MPa。根据地应力测试结果水平侧向系数取 1.3，各岩体均使用 Mohr-Coulomb模型。模型采空区采用双屈服模型来模拟矸石充填效果。模型岩体物理力学参数见表 1。图 1 数值模型表 1 数值计算模型中的煤岩体力学参数岩层密度/（kg/m3）剪切模量/Pa体积模量/Pa黏结力/Pa内摩擦角/（）抗拉强度/Pa上覆岩26309.32e+9 12.50e+9 2.93e+6441.57e+6中粗砂岩27007.92e+9 15.43e+9 2.83e+6481.57e+6泥岩25801.62e+93.45e+91.62e+6281.57e+6煤1.3260.43e+92.20e+90.33e+6150.59e+6粉砂岩26590.77e+92.96e+90.48e+6181.23e+6泥岩25802.5e+93.77e+92.6e+6330.97e+9下覆岩25008.02e+9 10.21e+95.0e+6441.58e+62.2 采动影响下回撤通道围岩稳定性分析根据现场实测的结果显示工作面回采时的超前支承应力范围约为 75 m，应力峰值约为 14 MPa，数值计算过程中，考虑采动应力叠加影响下，模拟工作面推进至离回撤通道分别为 80 m、60 m、40 m、20 m、10 m、5 m 的情况下回撤通道的围岩稳定性。图 2（a）为工作面推进不同距离下巷道两侧支承应力分布曲线。由图可知，当工作面推进至离回撤通道 80 m 时，由于巷道在工作面前方超前应力影响范围之外，巷道两侧应力水平较低；当工作面推进至离回撤通道 8020 m 过程中，巷道两侧应力不断增大，工作面与通道之间的煤柱应力呈双峰值分布；当工作面继续推进时，超前应力峰值位于通道左侧，其应力峰值不断增大，而右侧煤柱应力峰值降低。为了进一步分析回撤通道在工作面推进过程中围岩变形破坏特征，得到了工作面推进不同距离下巷道围岩塑性区分布图及巷道顶板中线垂直位移曲线图，分别见图 2（b）、图 2（c）。由图 2（b）可知，回撤通道在工作面采动应力影响下，巷道塑性破化范围不断增大，靠近采空侧巷帮围岩塑性破坏趋于明显增大；当工作面推进至离回撤通道距离小于 20 m 时，围岩破坏严重；从图 2（c）可以看出，巷道顶板垂直位移量不断增大。以上说明，在工作面超前应力影响下，巷道围岩应力积聚，导致围岩变形破坏严重，严重影响巷道围岩稳定性。（a）工作面推进不同距离下回撤通道围岩垂直应力分布曲线（b）工作面推进不同距离下回撤通道围岩塑性区分布（c）工作面推进不同距离下回撤通道顶板中线垂直位移曲线图 2 数值模拟结果3 回撤通道围岩控制方案由数值模拟结果可知，在采动影响下，回撤通道围岩破坏严重。因此，在工作面推进过程中应当32023 年第 5 期常国华：1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究常国华：1012 综放工作面回撤通道围岩控制技术研究提高其支护强度，保障回撤通道的稳定。根据数值模拟数据，制定 1012 回撤通道支护方案：顶板采用 20 mm2000 mm 左旋无纵肋螺纹钢高强锚杆、配合高强聚酯纤维柔性网支护，锚杆间排距 800 mm1000 mm；垂直工作面布置锚索梁，15.24 mm6300 mm 钢绞线锚索，一梁两索，锚索梁间距 3 m，预紧力 30 MPa，锚索梁采用 9#矿用工字钢加工，梁长 2.6 m；在顶板破碎处，补打 21.8 mm10 300 mm 锚索加强支护。煤帮采用 16 mm1500 mm 麻花式圆钢锚杆，配合高强聚酯纤维柔性网和长 3000 mm 宽 200 mm 的废旧皮带条或 180 mm180 mm 阻燃垫片，锚杆间排距1200 mm1200 mm 支护，煤帮顶部第一根锚杆距顶板不大于 400 mm。支护方案见图 3。图 3 回撤通道支护图（mm）4 回撤离通道围岩监测现场对工作面推进过程中回撤通道帮部位移量、顶板位移量进行了实时监测，顶板深基点为顶板 10 m 处，浅基点为 1 m 处；帮部深基点为 4 m，浅基点为 1 m。监测结果见图 4。从回撤通道现场深基点位移监测结果可知，其顶板位移量和保护煤柱帮位移量的最大值分别为 143 mm、77 mm。（a）帮部位移量 （b）顶板位移量图 4 现场监测曲线在工作面的采动压力影响区域内，主辅回撤通道的顶板和保护煤柱帮的深浅基点位移都产生了波动，不断靠近各个测站，采动影响表现越来越明显，但是最终的变化量都不大，处在可控制范围内。5 结论1）利用 FLAC3D分析工作面推进至离回撤通道不同距离下的围岩应力分布及变形破坏特征，结果显示：工作面与通道距离越近，通道围岩应力峰值越大，塑性破坏范围、顶板下沉越大，通道的围岩强度劣化，影响工作面回撤安全性。2）根据数值模拟的结果，制定了回撤通道的围岩控制方案，并在现场对通道顶板及煤柱帮变形进行现场监测。在工作面推进至离通道 50 m 内时，通道顶板及帮部位移量明显增大，且两者距离越近，位移量越大，但整体的变形量在可控制范围内。【参考文献】1 张家锁.大采高综采工作面快速搬家安装实践 J.煤矿安全，2015，46（04）：140-143.2 赵青波.综采工作面快速搬家工艺 J.煤炭与化工，2017，40（03）：79-80+156.3 王建会.大采高工作面搬家安装工艺探讨 J.华北科技学院学报，2005（04）：13-16.4 刘加旺，姚有利.综采工作面回撤通道围岩运动及其矿压显现规律研究J.煤炭工程，2009（09）：54-57.5 罗文.浅埋大采高综采工作面末采压架冒顶处理技术 J.煤炭科学技术，2013，41（09）：122-125+142.6 刘润，李臣，邹艳玲，等.末采期回撤通道围岩破坏机理及稳定性控制J.湖南科技大学学报（自然科学版），2022，37（02）：6-12.7 景晋兵.破碎围岩预掘回撤通道围岩支护技术研究 J.煤，2022，31（07）：79-80+85.8 杨仁树，李永亮，朱晔，等.特殊条件下大采高工作面回撤通道稳定性控制研究 J.煤炭科学技术，2017，45（01）：10-15.