新安煤礦錨網索支護數值模擬分析

王崇欣　郭強強

(河南能源化工集團新安煤礦)

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新安煤礦錨網索支護數值模擬分析

王崇欣郭強強

(河南能源化工集團新安煤礦)

新安煤礦地質條件差，煤質松軟，該礦11240工作面一直采用架棚支護，由于近年年煤炭形勢嚴峻，該礦采掘接替緊張，加之不少巷道在地質構造帶或動壓影響區內開掘，導致巷道變形嚴重，巷修工程量大，嚴重制約了新安煤礦的安全生產。針對11240上巷錨網索支護進行了分析，通過三維數值模擬分析，提出了合理的支護方案。實踐表明：該支護方案可有效保障巷道安全掘進，大大提高掘進效率，對于類似礦山巷道支護有一定的參考價值。

錨網索支護數值模擬支護方案

巷道發生沖擊破壞與否與巷道圍巖強度有較大關系，在其他條件不變時，沖擊破壞與否取決于巷道圍巖的極限承載強度。錨網索支護在安裝初期便對圍巖施加一主動預緊力，錨桿、鋼筋網、錨索和圍巖組成的錨固體成為強有力的承載體，使圍巖從一開始便受到較大的支護作用力，可有效控制圍巖變形[1-3]。本研究以新安煤礦11240工作面為例，對其支護方案進行探討。

1　11240工作面概況

11240工作面位于11采區下山西翼下部，上鄰11220工作面采空區，下鄰二水平保護煤柱，西鄰二水平井筒延伸保護煤柱，東鄰11采區下山保護煤柱。該工作面地面無村莊和水體，地面平均標高426m。該工作面標高平均-35.4m，平均埋深450m。11240上巷采用錨網索支護，剩余310m掘進到位。11240工作面二1煤層底板起伏較大，煤層賦存不穩定。上巷附近220～340m存在一薄煤沖刷帶，480～630m底板下伏，煤層變厚。該工作面直接頂為厚2m的泥巖，老頂為厚19.24m的粉砂巖和中砂巖。

2　支護方案設計

(1)頂板支護。巷道頂板采用“錨網索配合鋼筋網、鋼筋梯子梁及鋼帶”聯合支護。頂板布置7根鋼筋樹脂錨桿(φ22mm、長2 250mm)，間排距750mm×800mm，托盤規格130mm×130mm×10mm(長×寬×高)。每孔采用2節MSKφ23mm、長500mm快速樹脂錨固劑錨固。鋼筋網規格φ6.5mm、900mm×1 600mm，鋼筋網采用彎鉤搭接法，縱、橫方向預留長度均為100mm，彎鉤直連至另一片鋼筋網的縱筋、橫筋上。鋼筋梯子梁垂直于巷道軸向鋪設，錨桿、錨索穿過鋼筋梯子梁上的控制孔垂直錨入頂板[3]。

(2)兩幫支護。巷道兩幫采用“錨桿+鋼筋梯+雙層網”聯合支護。型號為φ18mm×2 000mm鋼筋樹脂錨桿，間排距750mm×800mm，托盤規格130mm×130mm×10mm(長×寬×高)。每錨桿孔采用1節MSKφ23mm、長500mm快速樹脂錨固劑和1節MSZφ23mm、長500mm中速樹脂錨固劑錨固。煤體中采用雙層網(里層為硬質塑料網、外層為鋼筋網)護表。鋼筋網規格φ6.5mm、900mm×1 600mm，鋼筋網采用彎鉤搭接法，縱、橫方向預留長度均為100mm，彎鉤直連至另一片鋼筋網的縱筋、橫筋上，網片搭接長度為100mm，聯網采用14#鐵絲，聯網間距不大于100mm。硬質塑料網規格為12 000mm×1 000mm(長×寬)，搭接100mm，聯網間距200mm(圖1)。

3　數值模擬分析

為確定支護方案的可靠性，采用FLAC3D軟件對新安煤礦11240上巷采用錨網索支護開挖后的底板變形、應力區分布、破壞區分布進行數值模擬分析，為選擇正確的支護結構提供依據。構建的數值模型如圖2所示。在巷道底板布置監測點，所獲得的垂直位移變化情況見圖3，水平應力分布與垂直應力分布見圖4，圍巖塑性區分布見圖5。

圖1　11240上巷支護斷面(單位：mm)

由圖3～圖5可知：采用錨網索支護巷道底板的垂直位移最大為0.15m，最大水平應力與最小垂直應力差為21.02MPa，底板塑性區稍多，整個巷道無明顯變形，可見本研究確定的支護方案合理可行。

圖2　11240上巷錨網索支護模型

圖3　11240上巷錨網索支護垂直位移變化

圖4　11240上巷錨網索支護水平應力、垂直應力分布

圖5　11240上巷錨網索支護圍巖塑性區分布

4　巷道掘進期間相關措施

(1)掘進期間應每天制作鉆屑量及電磁輻射變化規律報表，及時掌握掘進期間兩幫及迎頭沖擊危險性情況，以便采取應對措施。

(2)巷道掘進期間每隔50m設置一個礦壓觀測站，采用十字交叉法測定巷道頂底板及兩幫的移近量，完善觀測記錄。

(3)每隔50m在頂板加裝一臺頂板離層儀，每打設300根錨桿安裝一個錨桿測力計。錨桿托盤須緊貼巖面，錨固力、扭矩、力矩須符合相關標準。

(4)在掘進期間若危險性有逐漸增加的趨勢，采取放炮卸壓措施時，作業人員的躲炮時間應大于30min，躲炮距離須大于300m。

(5)掘進期間兩幫采用卸壓炮，距工作面小于10m，間距5m，兩幫各一個，迎頭2個卸壓炮，炮眼深15m，直徑75mm，裝藥量 8kg，封孔大于6m，4個炮孔同時起爆。

5　結　語

以新安煤礦11240工作面為例，對其支護方案進行了設計并進行了數值模擬分析，結果表明采用三維數值模擬分析法可有效模擬出巷道開挖后的情況，有助于進行巷道掘進支護方案選擇，對于類似礦山支護方案設計有一定的借鑒價值。

[1]高明仕，王愷，闞甲廣，等.沖擊礦壓巷道圍巖穩定性控制研究現狀及進展[J].煤礦支護，2006(4)：8-15.

[2]楊永剛，張海燕，甘犬財.深井高地壓沿空巷道圍巖變形機理與支護技術研究[J].煤炭工程，2012(6)：76-79.

[3]常聚才，謝廣祥.深部巷道錨網索支護參數關鍵因素分析[J].煤炭科學技術，2014(3)：1-3.

2016-05-23)

王崇欣(1965—)，男，礦長，高級工程師，471800 河南省洛陽市新安縣石寺鎮。