深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术研究.pdf

总第2 1 3 期2023年第8 期工程技术深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术研究路志宏（汾西矿业集团贺西煤矿，山西柳林0 3 3 3 0 0)摘要：为解决煤炭开采过程中遇到的深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制问题，本文结合某工作面实际情况，提出四套支护技术方案，并通过数值模拟验证各方案的可行性与有效性，以期为相关人员提供参考，保证该煤巷支护的有效性。关键词：软弱破碎煤巷；复合顶板；支护技术中图分类号：TD353如今，煤炭开采深度和强度都在不断增大，使巷道围岩松软或破碎程度日益严重，支护结构破断失效问题大量增加,导致深部煤巷支护和维护难度显著提高。因受到地质条件等外部因素的影响，我国大部分矿区煤层都属于层状复合顶板，具有裂隙发育和层间黏结力不足的特点，在巷道开挖完成后极易产生离层破坏,尤其是软弱破碎复合顶板，因其强度低、稳定性差，加之松软岩层实际厚度较大，容易发生垮落，给支护设计与施工都提出了极高要求。因此，必须对深部软弱破碎复合顶板煤巷支护引起足够的重视，以此结合某工作面实际情况，对其此类煤巷的支护技术进行深人分析。1支护技术方案1.1方案1:锚网索联合支护锚杆为高强度螺纹钢,其规格尺寸为22mm2800mm，设置间距和排距相同，均为8 0 0 mm；锚索为低松弛预应力锚索,其规格尺寸为 22mm6300mm，设置间距和排距分别为1 2 0 0 mm、8 0 0 m m，在每排锚杆的中部进行间隔布置。对于同一排的锚杆,需使用钢带相连,具体为 M5 钢带;而锚索之间主要利用矿用工字钢相连。1.2方案2:锚索与单体液压支架强力支护顶部锚索为低松弛预应力锚索，其规格尺寸为22mm6300mm,设置间距和排距分别为1 2 0 0 mm、500mm；帮部锚杆为高强螺纹钢，其规格尺寸为22mm2800mm,设置间距和排距分别为7 0 0 mm、500mm,两帮与顶板相距2 0 0 mm的位置，其锚杆应向上倾斜3 0。对于帮部锚杆，主要使用钢带相连，具体为M5钢带；对于顶板锚索，主要使用矿用工字钢相连。此外,在与两侧帮部相距3 0 0 mm的位置分别按照50 0 mm的排距设置单体液压支柱 2 。1.3方案3：以梁拱锚固结构为基础的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护锚杆为高强螺纹钢，其规格尺寸为22mm收稿日期：2 0 2 2-0 8-1 2作者简介：路志宏，男，1 9 9 1 年出生，毕业于太原理工大学，本科，助理工程师，从事采矿方面工作。山西化工Shanxi Chemical Industry文献标识码：A2800mm，设置间距与排距相同，均为7 0 0 mm；锚索为低松弛预应力锚索,其规格尺寸为22mm6300mm，设置间距与排距分别为1 2 0 0 mm、7 0 0 mm，在各排锚杆中部进行间隔布置。对于同一排锚杆，主要使用钢带相连，具体为M5钢带；而锚索主要利用矿用工字钢相连。1.4方案4:以梁拱锚固结构为基础的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷优化支护1)根据锚固结构整体几何条件，对于顶板锚索，按不等长方式进行布置，其排距按照1 4 0 0 mm控制，1#锚索长53 0 0 mm，按照7 2 0 mm的间隔距离布置，在竖直方向上预留1 8 的夹角；2#锚索长4 50 0 mm，按照与1#间隔8 8 0 mm的距离布置，在数值方向上预留 3 6 的夹角 3 。锚杆为高强螺纹钢,其规格尺寸为22mm2800mm,设置间距与排距相同,均为7 0 0 mm。在此基础上采用树脂药卷实施增强锚固，使锚固长度达到1 0 0 0 mm以上，确保锚固力达到1 2 0 kN以上，同时使预应力达到8 0 kN以上；托盘应为高强度托盘，其规格尺寸为1 50 mm150mm12mm。采用M5钢带作为锚杆钢筋托梁，采用1 2#槽钢作为锚索托梁。钢筋网的焊接使用8mm螺纹钢进行，其网孔规格尺寸为 1 0 0 mm。2)在两排长度不同的锚索之间通过预应力锚索的设置为巷道顶板提供加强支护，预应力锚索的规格尺寸为22mm6300mm，均匀布置在顶板处，共3根,其设置间距与排距相同,均为1 4 0 0 mm;在此基础上借助数值药卷进行锚固，使锚固长度达到1500mm以上，保证预应力达到1 50 kN以上；另外设置规格尺寸为3 0 0 mm300mm16mm的可调心式高强度托盘 4 。2数值模拟分析2.1数值建模模拟区长度、宽度与高度相同,均为6 0 m。此次Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.069文章编号：1 0 0 4-7 0 50(2 0 2 3)0 8-0 1 7 8-0 22023年第8 期数值计算在以下边界条件下进行：对模型底部产生的位移进行限制，以地应力实际检测结果为依据施加水平和垂直方向应力，如表1 所示。煤层与顶底板岩石参数，如表2 所示。支护结构物理力学参数,如表3 所示。结合相关破坏准则,确定不同支护方案对应的围岩变形规律及塑性区演化遵循的规律 5。表1 地应力实测结果第一主应力第二主应力编号测点大小倾角/方位角/大小倾角/方位角/大小倾角/方位角7/MPa。（。127.90-4.0298.2619.8081.3335.70 17.2017.76187.72220.604.1696.2116.1084.82159.4110.00-3.09174.00表2煤层与顶底板岩石参数密度！弹性模岩性泊松比(g/cm)量/GPa细砂岩2.53粉砂岩2.62泥岩2.3455.100.32煤层1.70表3支护结构物理力学参数泥浆刚泥浆内泥浆黏弹性模泊松内摩擦黏聚力密度！材料度摩擦角聚力量/GPa比角/（）)/MPa(kg/m)/MPa锚杆200.000.25锚索300.000.182.2模拟结果与分析为了能直观反映出不同方案具有的控制效果，确定支护方案是否合理有效，得出如表4 所示的不同支护方案条件下巷道围岩塑性区深度与位移。从模拟结果可以看出，当没有采用任何支护措施时，围岩顶板产生了3 52.8 9 mm的下沉，底板产生了266.49mm的底藏，两帮向内侧产生了3 0 7.2 2 mm的挤压；顶、底板与帮部塑性区实际深度分别为3.3 7、3.54、2.8 6 m。伴随支护强度不断增大，不论围岩位移或塑性区实际损伤范围均开始减小，在条件允许的情况建议选择方案3；尽管采用方案4 可以对顶板离层Research on Stability Control Technology of Deep Soft and Broken Composite Roof Coal(Hexi Coal Mine of Fenxi Mining Industry Group Co.,Ltd.,Liulin Shanxi 033300,China)Abstract:In order to solve the stability control problem of deep soft and fractured composite roof coal roadway encountered during coalmining,this article proposes four sets of support technology schemes based on the actual situation of a certain working face,and verifies thefeasibility and effectiveness of each scheme through numerical simulation,in order to provide reference for relevant personnel and ensurethe effectiveness of the coal roadway support.Key words:weak and fractured coal roadway;composite roof slab;support technology路志宏：深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术研究量/mm量/mm区深度区深度 区深度/m/m无支护307.22方案1134.94方案2103.67方案3105.45第三主应力方案466.97和大变形进行有效控制，但所需成本相对较高，施工/MPa（。抗拉强抗压强黏聚力内摩擦度/MPa度/MPa/MPa角/（）70.500.2159.700.234.520.26179表4不同支护方案条件下巷道围岩塑性区深度与位移帮部塑性顶板下沉底板底撇帮部内挤支护方案量/mm352.89204.06157.56130.55103.18/MPa（。7.6097.395.7766.623.5645.170.8812.007800.000.9048.001.007850.000.9048.00100RoadwayLu Zhihong顶板塑性底板塑性寿/m266.493.37116.171.9573.681.7584.971.5858.401.25工序也较为复杂，可作为备选方案。采用方案3 后，围岩顶板实际下沉量从3 52.8 9 mm减小至1 0 5.4 5mm，底板底膨量从2 6 6.4 9 mm减小至1 3 0.55mm，两帮向内侧产生的挤压从3 0 7.2 2 mm减小至8 4.9 7 mm，此外，顶、底板和帮部塑性区的深度分别减小至1.58、2.05、1.3 5m，可见该支护方案的应用能实现对损伤扩9.5249.515.6745.362.5151.440.6025.00/MPa3.542.542.422.051.84展及大变形的有效控制 6 3结语以锚固梁与拱结构相结合的效应为基础,提出一种针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷的新型支护技术方案，在此基础上对不同支护技术方案进行数值模拟,明确围岩位移和塑性区损伤扩展遵循的演化规律,最终得出不同方案的实际控制效果。根据监测结果可得,采用以锚固梁与拱结构相结合的支护方案，除了能对煤巷离层和大变形予以有效控制,还能起到使围岩及其支护结构始终保持稳定和安全的作用。参考文献1冯吉成,许海涛，郑赞，等.煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级 J.煤炭工程，2 0 1 9,51(8)：7 8-8 3.2张俊文，袁瑞甫，李玉琳.厚泥岩复合顶板煤巷围岩控制技术研究J.岩石力学与工程学报，2 0 1 7,3 6(1)：1 52-1 58.3崔希鹏，谷拴成，苏锋.煤巷复合顶板变形破坏机理及支护技术J.煤炭科学技术,2 0 1 3,4 1(1 1):56-59.4余伟健，王卫军，张农，等.深井煤巷厚层复合顶板整体变形机制及控制 J.中国矿业大学学报，2 0 1 2,4 1（5）：7 2 5-7 3 2.5余伟健，王卫军，文国华，等.深井复合顶板煤巷变形机理及控制对策 J.岩土工程学报,2 0 1 2,3 4(8)：1 50 1-1 50 8.6谷拴成，苏锋，崔希鹏.煤巷复合顶板变形破坏规律分析 J.煤炭科学技术,2 0 1 2,4 0(5):2 0-2 3.2.861.901.481.421.35