大斷面切眼穩定性分析和支護研究

王 洋

（山西三元潤凱煤礦工程有限公司，山西 長治 046000）

三元王莊煤業3043工作面切眼位于3042工作面東，北部、南部是實體煤。巷道埋深約138～223m，設計長度260m，一般選擇錨網支護，巷道寬度8.5m，高度3.5m，凈斷面29.75m2。為做好大斷面切眼的支護，運用FLAC3D數值模擬軟件對大采高開采的大斷面切眼穩定性進行了分析，選定了相應的支護方案。

1 大斷面切眼的穩定性模擬分析

1.1 模擬工作面情況

模擬工作面長250m，煤層厚度5.2m，直接頂厚2.5m，基本頂10.2m,距地表50m，傾角1～3°（為了便于后續運算，對一部分頂板參數展開了修正）。基本頂以上為均布載荷，則：

將圖1轉化為相應的模型，結合之前獲得的頂板巖層參數展開模擬，建立了如圖2的計算模型。

圖1 工作面布置示意圖

圖2 工作面模型示意圖

1.2 大斷面切眼的應力應變分析

（1）由圖3開切眼所對應的垂直應力云圖可知，開切眼后支架未支護以前，頂板和煤壁必然會承受較大的拉應力。因此一般情況下在開切眼之后，必須在較短的時間內采取合理的支護方式，并且支架安裝速率也會對其破壞情況造成影響。

（2）結合圖4可知：開切眼掘進結束之后的煤壁下沉速率，前方8m位置的下沉速度存在一個不斷減速的過程，表明在運算頂板壓力的時候，不可以把全部垂直應力都加載至煤壁；結合下沉量而言，下沉點的極限值處于煤壁內臨近煤壁的位置。

表1 巖層力學參數

圖3 開切眼的垂直應力云圖

圖4 開切眼后觀測點的下沉圖

2 大斷面切眼支護設計

確定采用錨桿+金屬網+鋼筋梁+錨索補強聯合支護方案。

（1）頂板支護

錨桿規格：選用M22-2400型Ф20mm高強左旋螺紋鋼，長度2400mm。用K2335和Z2360兩支錨固劑，錨固長度1200mm，鉆孔直徑30mm。金屬托盤規格為150×150×10mm。

鋼筋托梁規格：Ф16mm的鋼筋焊接而成，寬度90mm，長度4000mm。

網片規格：經緯金屬網網孔50×50mm，網片規格4800×1100mm，3700×1100mm，通過16#鉛絲進行銜接，雙絲緊扣，各孔進行緊密連接。

錨桿布置：每排錨桿設置9根，間距950mm。鄰近幫的錨桿與巷幫的間距450mm。錨桿安裝角度：與巷道彼此鄰近的頂板錨桿安設角度20度，其他和頂板垂直。

錨索形式和規格：選用規格為Ф17.8mm，長度為8000mm的單絞線錨索，型號K2335和Z2360的兩支錨固劑，錨固長度1800mm。

錨索布置：每排錨索設置3根，錨索間距離2200mm，在兩邊巷幫設置錨索時，錨索與其的間距為2050mm，配套300×300×16mm的金屬托板。

（2）巷幫支護

錨桿方式和規格：選用長度1800mm的高強度左旋螺紋鋼，錨桿截面Ф18mm，另外，桿體的桿尾螺紋為M20。用一支規格為Z2360的樹脂錨固劑進行端部錨固。

鋼筋托梁規格：選用長度3000mm、直徑為Ф16mm的鋼筋進行焊接而成的托梁，帶寬90mm。配套150×150×10mm的托板。

網片規格：使用16#鉛絲聯接規格3200×1100mm的經緯金屬網網片，網孔50×50mm。

錨桿布置情況：每排錨桿4根，間距900mm，起錨高度500mm，在鄰近頂部錨桿與頂板間距300mm。錨桿角度：與頂板和底板鄰近的錨桿20°打設，其他錨桿與煤壁垂直。

圖5 3043大斷面切眼錨網支護示意圖

3 結語

運用FLAC3D數值模擬軟件對大斷面切眼穩定性進行了分析，設計了錨桿+金屬網+鋼筋梁+錨索補強聯合支護方案，保障了大采高工作面切眼的穩定，為工作面順利安裝提供了可靠保障。