近距离采空区下末采回撤通道围岩控制技术数值模拟分析.pdf

近距离采空区下末采回撤通道围岩控制技术数值模拟分析陈诚(国能销售集团有限公司北京)摘 要:本文以韩家湾煤矿 工作面回撤通道围岩控制为研究背景结合现场监测数据采取强制放顶技术通过数值模拟方法分析回撤通道围岩的变形特征 在末采阶段下煤层工作面与回撤通道相距 时采取强制放顶措施可以最有效地控制顶板来压避免工作面贯通后采场因悬顶面积较大而发生周期来压确保工作面回撤时回撤通道围岩的稳定性保证回撤工作顺利完成关键词:近距离采空区回撤通道围岩控制数值模拟中图分类号:.文献标识码:文章编号:()综采工作面是矿井开采最重要的部分将工作面设备通过回撤通道运出成为生产过程中最重要的环节之一 众多学者致力于解决回撤通道稳定性问题对支护技术开展了大量研究取得了宝贵的成果研究集中在回撤通道主动支护方面通过分析巷道顶板岩层破坏特征从主动支护着手研究支护条件另外部分学者从岩体损伤量出发深入研究回撤通道的稳定性支护 王方田利用巷道岩体的损伤量展开对巷道支护体系的研究得到了损伤条件下的回撤通道支护技术方案 时建成等从极近距离煤层开采回撤通道的安全稳定问题出发研究综采面收尾和回撤阶段矿压掌握顶板岩层运动及矿压显现特征优化回撤巷的支护参数分析可知大多数学者针对回撤通道主动支护的问题着手弥补回撤通道主动让压研究的不足 因此本文以韩家湾煤矿 工作面回撤通道围岩合理控制为研究对象以现场监测为依据以理论分析为指导采取数值计算方法分析回撤通道的变形量 采用预裂顶板技术实现顶板岩层主动让压得到回撤通道变形特征达到工作面的安全、高效回撤的目的 回撤通道概况 工作面已基本回采完毕布置的回撤通道处于 和 工作面采空区正下方层间岩层厚工作面采取从右向左的推进方式工作面设计回撤通道断面几何参数高宽为.的矩形巷道顶板采用锚网索联合支护帮部采用锚杆支护 回撤通道围岩破坏规律分析.回撤通道围岩变形量为掌握 工作面回采过程中回撤通道的变形情况将工作面回采范围导致的回撤通道变形量划分为三个阶段分别为围岩变形缓慢增长阶段()、围岩变形快速增长阶段()和工作面在停采线后围岩变形增长阶段()围岩变形量监测数据见表 表 支架工作阻力变化规律测站架号工作阻力突变距离/工作阻力达到最大值距离/工作阻力最大值/上部中部下部 .围岩变形缓慢增长阶段工作面距回撤通道 范围时观测到回撤通道 内的顶底板移近量最大为 两帮移近量最大为 变形速率约为.围岩变形快速增长阶段在回撤通道前 范围回撤通道顶底板移近速率约为.帮部围岩移近速率约为.工作面在停采线后围岩变形增长阶段停采线后工作面推进速度相对缓慢回撤通道围岩变形速率相对较小该阶段回撤通道受工作面开采扰动影响相对较小 在回撤通道内上、中、下三部分各选取两个液压支架监测工作面推进过程中的支架工作阻力监测结果见表.回撤通道围岩表面破坏特征通过现场调研回撤通道下部的煤壁出现严重的片帮现象导致帮部的锚网出现较大的网兜 受到超前应力的作用回撤通道顶板形成明显的台阶式下沉部分锚杆被拉出存在失效的可能由上述分析可知在工作面接近末采阶段时回撤通道受工作面采动超前应力作用和顶板淋水等影响易导致顶板及帮部弱化导致围岩整体强度降低、稳定性减弱 回撤通道采用的支护强度控制作用受限对围岩的控制作用降低回撤通道变形量增大出现片帮和顶板下沉现象 以上问题均受到工作面推进过程中的顶板破断位置影响本文采用提前预裂强制放顶方法减少工作面回采对回撤通道的影响 回撤通道围岩控制技术及数值模拟分析.数值模型的建立.模型几何参数的选取设 和 的边界保护煤柱 由于模型未模拟至地表所以将未搭建的 以等效载荷的方法施加至模型顶部.支护参数的布设根据韩家湾煤矿回撤通道实际巷道尺寸及支护参数采用等比例缩放原则将回撤通道布置在距模型右边界 处高宽为.采用“”支柱单元体等效代替垛式支架锚杆(索)支护参数和模型支护布置图分别见表、图 表 锚杆(索)主要参数材料 位置直径/间排距/抗拉强度/内摩擦角/黏结力/弹性模量/横截面积/锚杆顶部.帮部.锚索 顶部.图 回撤通道的布置及支护形式.回撤通道围岩破坏特征数值分析.采空区下正常开采回撤通道围岩破坏特征以工作面距回撤通道 为末采阶段工作面推进至 时层间岩层破断发生第一次来压 回撤通道开挖后受上覆岩载荷作用围岩产生较大变形未达到失稳值 此时工作面超前应力对回撤通道的影响相对较小超前应力峰值在煤壁前方 处最大集中应力为 工作面继续向前推进推进至距回撤通道 时层间岩层破断破断岩块以铰接结构承载岩体载荷 工作面和回撤通道距离减小超前支承应力和前方剩余煤体形成应力叠加应力叠加范围为 最大应力为 应力叠加影响导致回撤通道顶板 处产生塑性破坏煤壁片帮量为 当工作面与回撤通道贯通时下煤层开采和回撤通道贯通时产生双重扰动作用促使上煤层采空区产生滑落失稳集中应力传递至回撤通道顶板顶板产生.的下沉锚杆索随顶板变形产生滑移现象 煤壁变形量达到.在煤壁前方 范围内形成应力集中最大集中应力为 工作面与回撤通道贯通时煤体集中应力较大覆岩破坏严重锚杆索锚固失效概率增加无法满足工作面安全回采要求 因此工作面末采阶段应有效采取控制顶板来压位置确保回撤工作的顺利完成.采取强制放顶后回撤通道围岩破坏特征结合现场实际矿压观测分析选取工作面距回撤通道、和 时强制放顶并分析支架工作阻力()()()图 强制放顶回撤通道载荷特征当工作面距回撤通道 时强制放顶基本顶破断块位于回撤通道正上方通道内应力集中范围主要位于 处应力峰值为锚杆索仍产生滑移破坏顶板产生 的下沉见图()当工作面距回撤通道 时强制放顶基本顶岩层结构并未直接破断岩层形成.的悬臂岩梁结构回撤通道靠近煤墙侧发生回转失稳导致顶板产生.的下沉帮部产生.的片帮围岩应力峰值达 见图()工作面距回撤通道 时强制放顶在煤墙侧基本顶形成悬臂梁结构推进过程中顶板无明显来压应力峰值位于煤体 处应力峰值为围岩产生约.的变形顶板形成.的下沉 相较于前述两次放顶本次放顶后对回撤通道的影响最明显 此时巷道布设的锚杆(索)及垛式支架有效控制了围岩变形避免了贯通顶板大面积悬顶缓解了回撤通道应力集中现象确保了工作面设备的安全回撤 现场应用分析工作面距回撤通道 时监测回撤通道的上、中、下部的、和 垛式支架阻力主要监测支架工作阻力随工作面推进距离的变化特征具体监测数据见图()支架工作阻力图()支架工作阻力图()支架工作阻力图图 回撤通道垛式支架工作阻力图由工作面末采阶段回撤通道支架工作阻力监测数据可知工作面距回撤通道大于 时支架工作阻力均小于平均工作阻力监测数据整体变化较小工作面距回撤通道小于 时随着工作面的推进支架工作阻力增大 本次监测的各支架最大工作阻力分别为、.和 最大平均工作阻力为 仅为垛式支架额定工作阻力的.采用强制放顶能减少工作面推进时的回撤通道应力集中现象表明了在两者相距 处采取放顶的科学合理性 结论.通过现场调研得知工作面接近末采阶段回撤通道受工作面采动超前应力作用和顶板淋水等影响易导致围岩弱化促使回撤通道变形量增大出现片帮和顶板下沉.通过数值模拟分析得到在工作面距回撤通道 时强制放顶易在煤墙侧基本顶形成悬臂梁结构推进过程中顶板无明显来压有效避免了贯通顶板大面积悬顶缓解回撤通道应力集中现象确保工作面设备的安全回撤.通过现场监测得到在工作面和回撤通道相距 时采取强制放顶后工作面距回撤通道大于 时支架工作阻力均小于平均工作阻力工作面距回撤通道小于 时支架工作阻力呈现增大趋势 支架平均最大工作阻力仅为支架额定工作阻力的.表明两者相距 处采取放顶能减少回撤通道应力集中可以实现工作面安全回撤参考文献:郝炜栋.综采面回撤期间回撤巷道围岩应力演化规律研究.煤炭工程():.赵会波张佳文王涛.王坡煤矿综采工作面快速设备回撤技术.煤炭工程():.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.湖南科技大学学报(自然科学版)():.霍建军杨景惠孙波.综采辅巷多通道回撤工艺通风系统管理研究.煤炭科学技术():.王方田邵栋梁牛滕冲等.浅埋高强度开采回撤巷道煤柱受载特征及累积损伤机制.岩石力学与工程学报():.贺艳军宋亚新石占山等.预掘回撤通道末采围岩破坏机制研究.中国安全科学学报():.作者简介:陈诚()男 陕西榆林人 硕士 研究方向:矿山压力与岩层控制