張集煤礦煤巷支護(hù)新方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡瑋　田少飛

（淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦安徽淮南232001）

張集煤礦煤巷支護(hù)新方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡瑋田少飛

（淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦安徽淮南232001）

常規(guī)的煤巷錨索網(wǎng)支護(hù)巷道，頂板組合槽鋼錨索布置方式為"齊平"布置，"齊平"布置巷道施工簡單，巷道觀感強(qiáng)，但肩窩"墜兜"、"斷錨"嚴(yán)重，而優(yōu)化后的"交錯(cuò)"布置，不但有"齊平"布置的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠大大加強(qiáng)巷道的預(yù)拉力，減少"墜兜"、"斷錨"現(xiàn)象，且一定程度上節(jié)省后期維護(hù)費(fèi)用，起到降本增效的作用。

煤巷巷道錨索網(wǎng)槽鋼支護(hù)

隨著我國礦山開采深度和廣度的不斷發(fā)展，以及基本建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對巷道支護(hù)技術(shù)提出了更新、更高的要求[1]。煤礦錨索網(wǎng)支護(hù)巷道的支護(hù)形式以錨桿（索）為基本支護(hù)構(gòu)件，以鋼筋托梁、鋼帶、鋼梁等作為基本支護(hù)構(gòu)件的組合構(gòu)件[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大量的頂板嚴(yán)重離層和頂板冒頂事故的發(fā)生，往往不是因錨桿（索）強(qiáng)度不夠造成的，而支護(hù)形成的承載結(jié)構(gòu)特性和錨桿（索）的預(yù)拉力對頂板的穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用[3]。所以，提高巷道頂板的預(yù)拉力[4-5]，可以有效控制頂板下沉量，大大提高巷道穩(wěn)定性，本文提出了煤巷錨索網(wǎng)支護(hù)新方案，并以張集礦1131（1）運(yùn)輸順槽為例展開研究。

1　支護(hù)新方案的提出

傳統(tǒng)的煤巷錨索網(wǎng)支護(hù)巷道頂板支護(hù)主要有錨桿、錨索、槽鋼三部分主要構(gòu)件組合而成，而組合槽鋼錨索的布置方式一般為“齊平”布置，即每排槽鋼和錨索均勻布置在巷道中間且相互對齊，這大大提高了巷道的觀感程度，但由于兩個(gè)肩窩長時(shí)間暴露，肩窩“墜兜”和“斷錨”現(xiàn)象普遍。針對上述情況，對頂板組合槽鋼錨索的布置方式優(yōu)化為“錯(cuò)茬布置”，即第一排槽鋼錨索靠左布置，第二排槽鋼錨索靠右布置，以此類推，具體方式見圖1所示。

圖1　巷道頂板組合槽鋼錨索布置方式

2　巷道概況

1131（1）工作面為張集煤礦東一11-2（3）采區(qū)的第一個(gè)條帶，為實(shí)體煤掘進(jìn)，運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長度1321m，巷道規(guī)格：5m×3.2m。煤層平均厚度3.1m，局部含有夾矸，直接頂為泥巖，平均厚度2.4m，老頂為中砂巖和粉砂巖，平均厚度5.7m，直接底為泥巖，平均厚度2.4m，老底為砂巖，平均厚度6.6m。

圖2　巷道支護(hù)示意圖

3　巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行研究，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，應(yīng)用離散元軟件UDEC4.0進(jìn)行數(shù)值模擬，對1131（1）運(yùn)輸順槽支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化。

頂板采用錨桿、錨索配合M5鋼帶、14#槽鋼、菱形網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，錨桿間排距：860 900mm，錨桿規(guī)格：φ20×2500mm。

錨索布置采用“3-3-0”交錯(cuò)布置，錨索間距1100mm，規(guī)格：φ22×6300mm，14#槽鋼規(guī)格：L=2600mm。

幫部采用錨桿配合M5鋼帶壓條進(jìn)行支護(hù)，錨桿間排距：每排布置4根，錨桿間排距850×900mm，錨桿規(guī)格：φ20×2000mm。支護(hù)示意圖如圖2所示。

4　數(shù)值模擬分析

為驗(yàn)證1131（1）運(yùn)輸順槽錨索網(wǎng)支護(hù)方案設(shè)計(jì)的合理性，采用UDEC4.0對1131（1）運(yùn)輸順槽錨索網(wǎng)支護(hù)所選取的支護(hù)方案及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬。

根據(jù)地質(zhì)資料情況，1131（1）工作面平均埋深約為550m，實(shí)體煤掘進(jìn)，計(jì)算模型采用矩形模型，整個(gè)模型寬150m，高85m。模型兩側(cè)限制水平方向移動(dòng)，模型底邊限制水平方向和垂直方向移動(dòng)，模型上表面為應(yīng)力邊界，采用應(yīng)力補(bǔ)償來模擬上覆巖體的自重邊界，上邊界施加載荷12.75MPa。材料破壞遵循Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，圖3為計(jì)算網(wǎng)格圖。

圖3　數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格

模擬方案及結(jié)果分析：

為了更直觀的觀察巷道圍巖的變形情況，在巷道頂板、底板、兩幫巖體內(nèi)設(shè)置監(jiān)控測線監(jiān)測巷道圍巖位移。如圖4所示。

圖4　巷道巖體內(nèi)監(jiān)控測線布置圖

由圖5和圖6可以看出，頂板最大下沉值為140mm，底板最大底鼓量為205mm，左幫最大位移值為152mm，右?guī)妥畲笪灰茷?55mm。巷道圍巖變形均控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，說明該巷道錨梁網(wǎng)支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)合理。

圖5　垂直位移云圖

圖6　水平位移云圖

5　實(shí)測數(shù)據(jù)分析

巷道圍巖位移監(jiān)測和頂板離層觀測是錨索網(wǎng)支護(hù)巷道必不可少的監(jiān)測手段，是巷道安全使用效果評判的重要依據(jù)。

（1）巷道表面位移觀測。巷道表面位移采用十字點(diǎn)法觀測，沿巷道走向每50m設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，下面分析一個(gè)特征點(diǎn)處的巷道表面位移。

圖7　 5#測站圍巖表面位移量

5#測站位于巷道過斷層處，斷層落差2m。巷道頂?shù)装遄畲笪灰茷?80mm，從10.23日開始巷道開始穩(wěn)定，至巷道掘進(jìn)結(jié)束，未曾發(fā)生變化。

（2）頂板離層監(jiān)測。頂板離層儀設(shè)置位置與表面位移十字點(diǎn)布置頻率統(tǒng)一，沿巷道走向每50m設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，離層儀安設(shè)在頂板中間位置，深基點(diǎn)安裝在錨索端頭處，淺基點(diǎn)安設(shè)在錨桿端頭處。巷道所有測點(diǎn)頂板離層量最大值為40mm，不超過設(shè)計(jì)值。

6　支護(hù)效果分析

根據(jù)數(shù)值模擬、現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析以及現(xiàn)場安全狀況表明：巷道表面位移量較小（最大值為280mm），錨固區(qū)段內(nèi)未發(fā)生較大離層（最大值為40mm），均處于可控范圍之內(nèi)，整條巷道錨網(wǎng)支護(hù)效果良好，能夠滿足安全使用條件。錨索“錯(cuò)茬”布置在很大程度上降低了巷道肩窩“墜兜”、“斷錨”現(xiàn)象，一定程度上提高了錨桿（索）對巷道的預(yù)拉力，提高了巷道整體穩(wěn)定程度，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了后期的維護(hù)費(fèi)用。

[1]康紅普.煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)研究與實(shí)踐《J》,巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2005,11 (21):3960-3964.

[2]MTT_1104-2009_煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范.

[3]張農(nóng)，高明仕.煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用《J》,中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2004,9 (5):524-527.

[4]郭頌.水平應(yīng)力-對采準(zhǔn)巷道圍巖穩(wěn)定性的新認(rèn)識《J》，煤礦開采.1998,5(4):14-17.

[5]鄭雨天，朱浮聲.預(yù)應(yīng)力錨桿體系--錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的新階段《J》.礦山壓力與頂板管理.1995,12(1)：2-7.

TD822[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-420-2