屯兰矿28107皮带顺槽支护技术应用分析_张文豪.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：因屯兰矿2 0 1 0 5工作面皮带顺槽回采期间变形严重，为保证临近的2 8 1 0 7皮带顺槽不出现类似问题，拟采用数值模拟方法对顺槽稳定性进行探讨；分析得到巷道顶板锚杆、锚索承受的最大应力为4 2 6.7kN，超过锚杆、锚索极限拉拔应力，拟定增加U型钢等加强支护措施；实践中，经3 0天矿压观测，顶板最大位移量9 8mm，巷道围岩稳定；该支护技术具有一定推广意义。关键词：巷道支护；加强支护；数值模拟；锚杆锚索；支护措施中图分类号：TD3 5 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 6 4-0 3Application Analysis of Belt Entry Support Technology at 28107 Face of Tunlan CollieryZhang Wenhao(Technology Center of Xishan Coal Power Group Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030053)Abstract:Due to the serious deformation of the belt roadway in the 20105 working face of Tunlan Colliery,to ensure that theadjacent 28107 belt entry does not have similar problems,the numerical simulation method is proposed to discuss the stability ofthe roadway,the maximum stress of roof bolt and anchor cable is 426.7 kN,which exceeds the limit pulling stress of bolt andanchor cable.It is proposed to add U-shaped steel and other strengthening support measures,whose application shows that themaximum displacement of roof is 98 mm,the surrounding rock of roadway is stable and the support technology has certainpopularization significance.Key words:roadway support;strengthening support;numerical simulation;bolt and anchor;support measures屯兰矿 28107 皮带顺槽支护技术应用分析张文豪（西山煤电集团有限责任公司技术中心，山西太原0 3 0 0 5 3）巷道支护措施的安全性、稳定性直接关系到后期回采工作面能否高效安全回采作业。回采工作面皮带顺槽的支护强度重要性更加突出，由于皮带顺槽主要用于后期回采工作面煤炭运输，其支护强度不足，围岩变形严重甚至巷道坍塌将直接导致回采工作面停产，严重影响矿井生产。关于巷道支护问题的研究，我国专家学者已开展了大量工作。以往的研究主要包括皮带顺槽过构造区域支护措施研究、巷道围岩控制新技术、巷道支护优化措施1-9等，在巷道支护设计、理论分析、工程应用的综合研究方面还有待完善。为进一步研究屯兰矿2 8 1 0 7皮带顺槽巷道支护稳定性，拟采用数值模拟运算对巷道围岩支护强度进行针对性理论研究，制定巷道支护措施，后期对支护区域进行周期性效果评价。1工程概况2 8 1 0 7皮带顺槽平均埋深3 2 0m，位于8#煤层中。8#煤层平均厚度2.5m，煤层顶板为粉砂岩，底板为砂质泥岩。区域内煤层赋存稳定，上部无含水带。临近的2 0 1 0 5采面皮带顺槽采用综合机械化掘进，掘进进度为1 0m/d，设计断面尺寸和2 8 1 0 7皮带顺槽一致，设计长度12 0 0m，采用锚杆+锚索+锚网联合支护措施。巷道支护完毕后进行回采期间时常需要进行巷道维护作业，顶板垮落现象严重，局部区域顶板变形，深部最大变形量达到6 9 0mm。因此，必须对破碎区域进行重新喷浆支护，由于二次支护巷道和前期支护介质之间结合成度差，导致二次支护效果比较差，导致该采面回采作业时常中断。为保证2 8 1 0 7皮带顺槽支护工程安全可靠，支护强度满足要求，不重蹈2 0 1 0 5工作面皮带顺槽支护强度不足的覆辙，需对2 8 1 0 7皮带顺槽支护措施进行优化。2围岩稳定性分析2.1原支护设计2 0 1 0 5工作面皮带顺槽，其巷道顶板采用锚索+锚杆支护，左右帮采用锚杆支护，锚杆、锚索分布情况如图1所示，现场锚杆排间距1m。6 4江西煤炭科技2023年第1期图120105工作面皮带顺槽支护2.2稳定性分析为研究皮带顺槽支护措施稳定性，采用软件F L A C3 D对支护措施实施情况下围岩运移规律进行数值模拟研究。建立几何模型如图2所示。2 0 1 0 5工 作 面 皮 带 顺 槽 埋 深3 8 0m，几 何 模 型 尺 寸5 0m6 0m6 0m，网格划分间距0.8m，剖分为3 3 94 5 0个单元。锚杆、锚索支护排间距1.4m，锚杆和锚索位置设置和设计一致。锚杆弹性模量5 0G P a，左右帮预紧力4 0k N，顶部预紧力6 0k N，极限拉拔应力2 6 5k N；锚索弹性模量2 0 0G P a，预紧力1 0 0k N，极限拉拔应力3 5 5k N。为保证数值模拟准确性，现场取样带到实验室进行力学实验检测，检测得到模拟参数如表1所示。假设顶板、底板、煤岩岩层为均匀介质，不考虑液体、气体渗流效应。顶板加载竖向载荷8.3M P a，通过数值运算得到模型稳定状态下围岩应力、应变云图如图3所示。图2几何模型表1模拟参数顶板岩2.662.568.545.655.74.74027 10.7 0.32 0.27 0.19底板岩2.632.64 12.057.2723.74012 10.2 0.340.30.24煤层1.491.350.411.11.10.125312.10.10.07 0.48试样比重容重坚固性系数普氏硬度系数抗压/MPa抗拉/MPa抗剪切线模量105MPa变形参数105MPa泊松比内摩擦力凝聚力/MPa（a）模拟垂直方向应力云图（b）模拟水平应力云图（c）模拟垂直方向位移云图（d）模拟水平方向位移云图图3模型应力、应变云图6 5江西煤炭科技2023年第1期为定量分析围岩应力应变情况，对顶板锚杆位置点应力、顶底板位移、左右帮最大位移量进行统计分析，得到统计结果如图4所示。图4应力应变统计根据数值模拟运算可知，巷道竖向应力集中区域为顶底中部位置，水平应力集中区域为左右帮。顶板竖向位移量比较大的区域为巷道顶底板，顶板呈现竖向向下垮落，底板为底鼓现象。水平方向为左右帮中部外扩。根据图4定量分析，顶板锚杆、锚索承受的最大应力为4 2 6.7k N，左右帮最大位移量3 3 3.9mm，顶板最大位移量5 1 4.7mm，底板最大位移量2 1 4mm。顶板锚杆最大应力超过顶、底板拉拔应力极限，现场呈现顶板锚杆断裂的现象，顶板垮落，左右帮水平位移量较小，底鼓现象较少。3支护优化措施根据数值模拟运算结果可知，目前的支护强度不足，如果2 8 1 0 7皮带顺槽沿用2 0 1 0 5工作面皮带顺槽支护措施，必然出现锚杆断裂的现象，解决办法为增强整体支护强度。目前支护措施主要存在的问题为竖向形变比较大，横向形变较小。因此主要增加竖向支撑应力，采取以下措施：缩短锚杆、锚索支护排间距和增加U型钢支护。根据支护措施应力分布情况，选用U 2 5型钢支护，排间距缩短到1m。根据前人研究计算结果1 0，采用U 2 5型钢支护断面可以承受0.1 6 2M P a的载荷，因此采用U 2 5型钢支护结合锚杆、锚索支护措施进行加强支护，理论上能满足安全支护要求。4应用效果为进一步验证加强支护措施能否满足2 8 1 0 7皮带顺槽支护轻度要求，现在2 8 1 0 7皮带顺槽掘进1 0 0m范围内采用加强支护措施，措施实施完成后在顶板安装顶板离层仪，对顶板位移量进行观测。巷道支护实验段顶板离层仪间距1 0m，得到1 0组顶板离层仪深部和浅部的位移数据，观测周期为3 0天，每天进行观测。统计分析结果如图5所示。根据图5可知，巷道顶板深部最大位移量9 8mm，最早稳定时间点为1 6天，最晚稳定时间点为第1 8天，第1 8天开始，顶板数据递增量较小，基本趋于稳定。浅部最大位移量为5 8mm，现场观测支护区域未出现变形、垮落现象，整体支护强度满足安全要求。图5加强支护试验区顶板离层仪数据统计5结语为解决2 8 1 0 7皮带顺槽支护问题，对巷道支护措施进行探讨，通过分析2 0 1 0 5工作面皮带顺槽巷道支护强度不足，制定加强支护措施，作如下小结：数值运算临近巷道顶板锚杆、锚索承受的最大应力为4 2 6.7k N，超过锚杆、锚索极限拉拔应力，会出现锚杆、锚索断裂现象；通过分析，加强支护措施选用U 2 5型钢支护，可以满足支护要求；观测周期3 0天，顶板最大位移量9 8mm，巷道围岩稳定；加强支护措施可以满足2 8 1 0 7皮带顺槽支护强度要求。参考文献：1 郭洪臣.昌泰煤业1 5 0 2皮带顺槽支护技术研究J.山东煤炭科技，2 0 2 2，4 0（1）：5 9-6 1，6 4，6 7.2 杨帅，张凯.大断面松软顶板硐室支护参数确定J.徐州：能源技术与管理，2 0 2 1，4 6（2）：5 5-5 6，1 1 5.3 程倩.金达煤矿八采区坚硬顶板煤层安全开采技术与经济分析D.山东科技大学，2 0 2 0.4 赵万亮.三交河煤矿近距离煤层回采巷道布置方式及围岩控制技术研究D.江苏：中国矿（下转7 0页）6 6江西煤炭科技2023年第1期业大学，2 0 2 0.5 田涛.东曲煤矿近距离采空区下巷道围岩变形规律及支护参数研究D.江苏：中国矿业大学，2 0 2 0.6 柏跃杨.三面采空孤岛工作面胶带顺槽掘进技术研究J.石家庄：科技风，2 0 2 0（2 2）：1 0 2.7 贾雨.大断面巷道贯通交叉点联合支护技术应用研究J.太原：机械管理开发，2 0 2 0，3 5（7）：3 7-3 9，1 1 4.8 常伟琦.新建矿井巷道支护优化设计及应用J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 0，3 9（7）：2 8-3 1.9 陈建勇.2 4 0 1皮带顺槽大断面煤巷掘进施工工艺J.山东煤炭科技，2 0 2 0（4）：3 4-3 6.1 0 刘赛.全封闭U型钢支架承载能力研究D.河南理工大学，2 0 1 9.作者简介：张文豪（1 9 7 1），男，山西平遥人，2 0 1 2年毕业于太原理工大学采矿工程专业，高级工程师，现从事采矿科研技术管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 6-0 9编辑：李永华到结果如图5所示，由图5（a）可以看出，持续共3 0d的监测表明，巷道支护完成约2 7d后，表面变形量基本稳定，顶板最大下沉量4 2.0mm，两帮移近量最大值3 8.0mm，巷道围岩处于稳定状态。后 期 工 作 面 回 采 期 间，顶 板 移 近 量 最 大 值 为7 0mm，回采帮最大内移量4 4mm，实体煤柱帮最大内移量2 5mm，顶板下沉量最大值为4 5mm，底板最大底鼓量3 0mm，巷道表面变形量微小，能够满足工作面回采阶段其使用要求。采用优化后的支护方案，掘进进尺量由2 0 0m/月提 高为2 8 0m/月，在保证围岩控制效果的前提下，提高了巷道掘进速度，缓解了采掘接替紧张的问题，应用效果良好。（a）掘巷阶段（b）工作面回采阶段图5表面变形量变化规律5结论及建议通过在干河煤矿2-3 0 1 1巷现场进行锚杆拉拔试验、预紧试验，得到顶板锚杆合理锚固长度不应小于11