小窯破壞區復采綜放面巷道支護方案研究

黃正軍

（大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司,山西 原平 034114）

關鍵字 復采 綜放 支護

小煤礦由于開采機械化水平低，開采后往往會有大量剩余資源[1]。小窯破壞區復采過程中，由于其破壞的無規則性，如果不正確支護可能會造成圍巖變形破壞事故，對井下人員安全構成威脅，這就對回采巷道的支護提出了更高的要求[2-4]。如何在保證回采安全的前題條件下，盡量地提高小窯破壞區的復采效率是煤礦開采的一個重要問題。

本文通過對大同煤礦集團軒崗煤礦井下圍巖條件進行研究，重點分析軒崗煤礦小窯破壞區回采巷道圍巖的變化規律。采用數值模擬方法針對不同條件下圍巖的破壞情況，選用不同的支護方法，通過分析比較確定了最佳支護方案。

1 概況

軒崗煤礦1203工作面開采2號煤層，巷道長1100m，切眼230m，煤層傾角約3～7°，工作面推進傾角為3～6°，煤層厚度平均6.6m，上分層高度2.2m，下分層為4.4m煤層，工作面涌水量較小，影響不大。此工作面區域開采時間距今較長，所以工作面頂板可能損壞，有的區域完好，所以應分開進行分析。

2 破壞區巷道圍巖變形數值分析

2.1 模型建立

數值模擬分析采用FLAC3D進行，對沒有支護情況下的回采巷道進行分析，研究圍巖變形規律以及應力分布情況，建立實體煤層、頂板垮落、頂板未落三種狀態下的巷道三維模型。模型尺寸為：長80m，寬30m，高60m。兩側為滑動支撐，底部為固定支撐。圍巖塊度根據其自身特征進行劃分，如圖1所示。

建立模型后，在模型中設置多個監測點，用以反映圍巖位移及應力變化情況。通過模擬巷道開采過程，對應力進行相應計算。為了反映圍巖變形規律，應設置多個不同變量以此進行分析。

圖1 復采綜放面回采巷道模型

2.2 頂板未垮落情況模擬分析

當巷道上分層頂板未垮落時，分別對頂煤厚度為0.5m、1.0m、1.5m的不同模型進行對比分析，巷道寬度5m，高度2.4m。頂煤厚度0.5m時巷道圍巖變形模擬情況如圖2所示。

圖2 頂煤厚度0.5m時數值模擬

由圖2所反映的圍巖變化情況可以看出，當頂煤厚度為0.5m時圍巖變形較為明顯，最大應力以及頂板下沉量均為最大值；而當頂煤厚度增大時，巷道變形參數呈現逐漸變小趨勢，巷道變形量降低，其頂板受力大，尖角處受力破壞嚴重，其余下沉量及底鼓量均保持不變。由此可以看出巷道破壞程度并不大，主要原因是頂板沒有垮落，頂煤只承受重力。

2.3 頂板垮落情況模擬分析

針對巷道上分層頂板垮落情況，設置巷道寬度為5m，高度設為2.5m，分別對頂煤厚度為1.0m、1.5m、2.0m進行變形模擬分析。頂煤厚度1.0m時模擬結果如圖3所示。

根據圖3所示，當頂煤厚度為1.0m時，巷道圍巖破壞程度較大，當頂煤厚度增大時，最大下沉量逐漸變小，兩幫移近量逐漸增加，其余應力與底鼓量基本穩定。由此可以看出頂板和幫部變形明顯，主要原因是頂板垮落造成頂板受力較大，變形嚴重。

圖3 頂煤厚度1.0m時數值模擬

由以上模擬結果可以看出，未垮落的頂板存在安全隱患，有必要對其圍巖進行控制，出現應力集中的區域應使用角錨桿來進行適當的調整。由于小窯破壞區域存在頂板垮落和未垮落兩種情況，所以分情況、分區域對其進行巷道支護設計。

3 巷道支護方案設計

工作面巷道在開采過程中會受到很大的影響，設計的原則要承受動壓，在開采挖掘后應能主動支護，保證巷道支護的強度情況下應盡量降低成本。針對1203巷道包含上分層頂板垮落和未垮落兩種情況，巷道處于垮落區域時，頂板破壞嚴重，錨桿支護不能有效支護，可采用工字鋼棚架支護；巷道處于頂板未垮落區域時，可以采用工字鋼棚與錨桿支護協同支護，外加壁后充填的方式進行加固。

巷道處于垮落區域時，采用11#工字鋼架棚支護，對頂煤厚度0.5m模擬情況如圖4所示。巷道處于頂板未垮落區域時，采用11#工字鋼架棚與錨桿協同支護，錨桿長度1500mm、間排距900mm×900mm，對頂煤厚度為1.0m模擬情況如圖5所示。

由圖4可以得出，采用工字鋼棚支護，最大垂直位移為195.6mm，最大水平位移為127.8mm，能夠達到支護要求。由圖5可以得出，采用錨桿與工字鋼棚共同支護，最大垂直位移為155.5mm，最大水平位移為105.4mm，滿足支護要求。

圖4 頂煤厚度0.5m模擬分析

4 結論

在對軒崗煤礦小窯破壞區工作面回采巷道分析的基礎上，采用數值模擬軟件FLAC3D建立了回采巷道的數值模型，通過不同模擬方案得出了回采巷道圍巖的變形規律，并對其進行了數值模擬分析，分區域的支護方案能夠較好地滿足小窯復采的支護要求，提高了支護效率，為后續支護方案最優化設計奠定了理論基礎。

圖5 頂煤厚度為1.0m模擬分析