井下近距离煤层工作面的巷道支护分析.pdf

68/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺1 采煤工程概述 以某煤矿的开采为例，在基本完成 3#煤层的开采后，后续应对 8#、13#煤层进行开采，经过采前勘察两个煤层的间隔较近，属于近距离煤层。为了确保井下开采作业具有较高的安全性，简要分析两煤层的基本地质信息：待采 13#煤层的东北区域和 8#煤层相距最近，且存在部分区域合并的现象，带给巷道支护作业较大的压力。8#煤层会先行开采，要针对 8#煤层的围岩及顶底板性质进行了解，完成巷道支护方案设计，同时为 13#的开采提供支护经验。8#煤层围岩呈现碎屑状态，煤层埋深 332m、厚度 3.5m，顶底板为泥岩；13#煤层围岩呈现碎屑状态，煤层埋深 294m、厚度 1.4m，顶底板为石灰岩和泥岩。具体到 8#煤层而言，为矩形巷道（宽 高=4.65m2.6m），巷道截面积 12.09m2。2 近距离煤层巷道的支护方案设计及模拟分析 2.1 巷道顶板的支护设计 在进行顶板的支护中，应用“锚杆+锚索+金属网”的支护形式，下面进行各部件应用的简要分析。第一，锚杆的应用。选择左旋无纵筋刚锚杆（直径 长度=20mm2000mm），间排距皆控制在1m，且每排需要安设五根锚杆。为了提高锚固效果，每根锚杆需要应用两支树脂锚固剂（MSK2360、MSCKa2335），并确定锚固长度为 1.3m。锚固工作需要应用球形垫圈和拱形托盘（150mm150mm80mm），在做好规格选择后还要确保其质量强度。需要注意的是，除两帮附近的锚杆需要偏移 20进行安装，剩余锚杆按垂直安设的原则安装。第二，锚索的应用。选择高强度的钢绞绳（直径 长度=17.8mm6000mm），间排距皆控制在 2m，且各排锚索的设置数量按照“2、1、2”的原则布置。为了确保锚固的质量，每根锚索需要应用三支树脂锚固剂（2支 MSK2360、1 支 MSCKa2335）。做好配件的应用，其可调节大托盘（250mm250mm16mm）需要具有足够的强度，能满足锚索的锚固需求。第三，金属网的应用。选择菱形金属网，铁丝直径 1.6mm、网孔为 100mm100mm。在应用中需要结合实际巷道支护面积进行在裁剪工作，且要注重金属网铺设的拉紧、铺平和搭接工作，其中搭接面积需大于 100mm，预防金属网脱落。2.2 两帮支护方案 在进行两帮的支护中，应用锚杆+金属网的支护形式，下面进行各部件应用的简要分析。第一，锚杆支护。锚杆规格与顶板支护中的锚杆一致，不过锚杆设置的间排距以及每排锚杆应用数量存在一定差异。间距设为 0.9m、排距设为 1m 且每排安设三根锚杆，起锚高度为 0.5m。锚固过程会应用拱形托盘，尺寸与顶板支护中的托盘一致。锚杆的安设中，井下近距离煤层工作面的巷道支护分析赵斐（山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司，山西忻州 036799）摘要：以某煤矿的实际开采为例，对近距离煤层的巷道情况进行概述，结合实际提出两帮、顶板的支护方案，进行支护仿真研究，确保支护方案的合理性。最后进行支护方案试验和巷道变形监测，以期望可以提高巷道的支护效果，使近距离煤层的作业具有安全性。关键词：近距离煤层；工作面；巷道支护图1 8#煤层巷道的支护断面示意/mm2023.9 矿业装备/69除接近顶板的锚杆以偏移 20角进行安装，剩余锚杆进行垂直设置。第二，金属网应用。菱形金属网的铁丝直径增加至 3.25mm，且菱网孔规格为 50mm50mm。结合两帮实际支护高度及长度，进行菱形网尺寸的裁剪，具体的应用要点与顶板支护相同。支护示意可以参考图 1。2.3 支护模型建立 为了确保近距离煤层工作面的巷道支护方案具有合理性，需要对支护方案进行建模分析。在 FLAC3D 有限元仿真模拟软件的应用中，需要在模型构建中输入前期巷道的围岩勘察数据，确保对巷道围岩的变形情况进行有效掌握，同时将上述支护方案中的技术参数进行合理应用。需要注意的是，为了确保仿真计算可以有效进行，要对模型进行适当的优化，降低模型计算时间1。2.4 仿真结果讨论 在完成支护作业的有限元仿真模型构建后，要进行具体的仿真分析，可以得到巷道围岩在垂直及水平方向中的应力、位移分布。第一，在仿真数据统计中，水平方向上围岩的最大应力为 5.8MPa、最大位移为 29.4mm，垂直方向上围岩的最大应力为 13.5MPa、最大位移为 45.7mm。第二，在仿真数据分析中，垂直方向上围岩的应力和位移数值较大，不过尚在合理的范围中，因此可以基于模拟结果，明确本次近距离巷道支护方案具有合理性，水平方向和垂直方向上的巷道围岩应力、位移具有安全性，能保障工作面的正常开采。3 巷道支护方案的实践效果讨论 当对巷道支护方案进行设计后，基于仿真模拟可以明确支护方案的设计合理性，不过为了确保支护方案具有真实的应用效果，还应结合支护各参数做好采煤实践工作。结合该煤矿待采的 8#煤层，决定将上述支护方案进行应用。3.1 设计巷道变形量监测当进行 8#煤层开采中，其变形监测设计有以下几点：沿巷道均匀布设三个监测点，且各监测点相距 21m，需要保障监测点的设置不影响正常掘进。监测点对顶底板及两帮的位移测量方法可以参考图 2，该方法可以对“OA、OB、OC、OD”的距离进行实时监测，可以基于距离变化了解顶底板及两帮的移近量。要求进行每天一次的监测，前期可适当增加监测频率，等到后续巷道趋于平稳后适当降低监测频率，一般每周 1 至 2 次。需要关注的是，整个巷道的变形量监测应最少持续三个月。3.2 监测巷道工作面变形 经过为期三个月的数据统计，经过整理巷道顶底板及两帮的位移曲线可以参考图 3。顶底板和两帮的移近量曲线整体有着相似相，都在前期移近量显著增加，50d 后移近量趋于稳定，85d 顶底板及两帮移近量达到最大值，其中两帮移近量最大值为 119mm，顶底板最大移近量为 68mm，皆具有安全性。虽然巷道顶底板和两帮的移近量变化趋势基本相同，但顶底板的移近量明显小于两帮，接近于两帮移近量的一半。4 结束语本文结合近距离煤层的地质信息，对巷道顶板及两帮的支护方案进行了设计；对支护方案进行了仿真模式分析，其应力、位移数据皆在安全范围内；并在 8#煤层开采中进行了近距离煤层支护方案的实践应用，巷道顶底板、两帮的移近量处理安全范围中。结果证明，上述近距离煤层支护设计具有应用合理性，可以控制巷道变形，保障井下作业的安全性。参考文献1 曹晓鹏.近距离煤层综采工作面巷道支护研究 J.能源与节能,2019(5):137-138.图2 巷道变形量检测方案图3 巷道顶底板、两帮的移近量曲线