大断面复合松软顶板回采巷道锚网联合支护优化研究.pdf

2023 年 10 月Oct.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.05.022大断面复合松软顶板回采巷道锚网联合支护优化研究（山西中煤平朔北岭煤业有限公司，山西 朔州 036800）摘要 针对井工三矿34204工作面回风巷顶板较差、巷道变形失稳、支护困难的问题，通过理论及现场经验分析提出3种支护优化方案；利用FLAC数值模拟软件对3种支护方案进行计算，分析其巷道围岩变形情况，得到最优支护方案。应用效果表明，最优支护方案可以有效提升巷道的强度及稳定性，节约成本，保障矿井安全生产。关键词 大断面；复合松软顶板；支护优化；围岩变形中图分类号 TD353文献标识码 B文章编号 1672蛳9943（2023）05蛳0068蛳020引言我国作为煤炭资源大国，随着经济的不断发展，资源需求量不断提高，煤炭资源开采深度不断增加，地质条件越来越复杂，顶板事故也随之增多咱员暂。据统计，2022 年以来，在已发生的煤矿伤亡事故中，顶板事故起数占比超过四分之一咱圆暂，顶板事故起数和占比与近 2 年相比均呈现上升趋势，尤其是较大以上煤矿事故中顶板事故占比近一半咱猿原源暂。因此，支护问题是目前我国煤矿急需解决的问题之一。井工三矿煤矿巷道沿煤层底板掘进，巷道断面较大，顶板强度较低，支护困难。同时由于顶板为泥岩，在遇水后出现松散泥化现象。井工三矿煤矿采用综掘技术，但由于支护问题，使得掘进速度受到严重制约。因此如何选择大断面复合顶板巷道支护参数对井工三矿煤矿的安全高效生产具有重要意义。134204 工作面回风巷围岩情况及支护现状34204 工作面煤层厚度为 3.098.50 m，平均厚度为 6.20 m，煤层倾角为 5毅10毅，属中硬煤层，层理、节理发育。34204 回风巷沿煤层底板布置，为矩形断面；巷道净宽 5.4 m、净高 3.2 m。其顶板大部分为泥岩、粉砂岩，厚度为 0.6821.3 m，基本顶为中 细粒砂岩，厚度为 04.1m。目前 34204 工作面顶板支护采用 8 根规格为准20mm2500mm 螺纹钢锚杆，排间距为 700 mm700 mm；每根顶锚杆使用 2 支 MSK23/60 型和 2 支MSCK23/35 树脂药卷，配合 MS-准17.8-1-7300 mm低松弛预应力钢绞线锚索，间排距为 1 500 mm1 400 mm；端头锚固采用准6 mm 钢筋网，且用准14 mm 钢筋梁将顶锚杆衔接。帮部煤体侧采用规格为准20 mm2 000 mm 的玻璃钢锚杆，网片采用尼龙网；帮部煤柱侧采用规格为准20 mm2 000 mm的普通金属锚杆，网片采用菱形金属网。2支护优化为保证井工三矿煤矿 34204 工作面的安全生产，增强巷道围岩稳定性，确保巷道支护有效，对34204 工作面回风巷进行支护参数优化。根据现场经验分析及理论计算，提出 3 种设计方案；利用FLAC 数值模拟软件对 3 种不同方案的支护效果进行计算，以得到最优的支护参数。3 种支护设计方案如表 1 所示。表 1支护优化设计方案3结果分析巷道围岩的位移量是巷道受力情况的最直观表现方式。为了分析 3 种支护方案的支护效果，分别对 3 种支护条件下巷道围岩的垂直位移和水平位移进行监测分析，以此确定最佳支护方案。3 种方案的垂直位移情况如图 1 所示。（a）方案 1（b）方案 2方案锚杆数量/根锚索数量/根锚杆间距/mm1729002621 0003521 100位移/mm位移/mm能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.5682023 年 10 月Oct.,2023刘映博大断面复合松软顶板回采巷道锚网联合支护优化研究（c）方案 3图 1不同支护方案下巷道围岩垂直位移云图由图 1 可以看到，3 种支护方案下的围岩垂直位移都以拱形形式呈现。通过数值模拟可以发现，3 种不同的支护方案下，方案 3 的顶板下沉量最大，为 230 mm，其支护效果最差，顶板稳定性差，巷道顶板具有一定的离层现象，存在冒落风险；方案 1 与方案 2 的巷道顶板下沉量基本相差不大，分别为 95 mm 和 97 mm，且与方案 3 相比较其取得了良好的支护效果，顶板围岩较为稳定。3 种支护条件下，巷道底板变形量都相对较小，分别为 75、80、90 mm，但方案 3 巷道底板变形量较大，围岩稳定性较差。3 种不同支护条件下巷道水平位移变化情况如图 2 所示。（a）方案 1（b）方案 2（c）方案 3图 2不同支护方案下巷道围岩水平位移云图由图 2 可以看到，方案 1 巷道左帮和右帮最大巷道变形量分别为 78.6、80 mm；方案 2 巷道左帮和右帮最大巷道变形量分别为 79、81 mm；方案 3 巷道左帮和右帮最大巷道变形量分别为 100、98 mm。由此可以看到，方案 3 的支护效果最差，巷道两帮变形量最大，存在片帮风险；方案 1 与方案 2 在巷道两帮变形量上相差较小，都可以有效地控制围岩变形。通过数值模拟可以看出，方案 1 与方案 2 的支护效果基本相同，均可有效地控制巷道围岩变形，方案 3 支护效果最差。方案 2 与方案 1 相比较，不仅可以有效地控制围岩变形，而且支护密度低、支护成本低。由此选择方案 2 对巷道进行支护。4现场应用效果为了检验优化后支护参数的合理性，及时发现工程隐患，同时为其他巷道支护提供参考依据，对巷道支护质量进行观测。在 34204 工作面回风顺槽每100 m 布置 1 个测点，采用“十字测量法”分别对掘进期间以及回采期间巷道围岩变形量进行观测。具体围岩变形情况如图 3、4 所示。图 3掘进期间围岩变形情况图 4回采期间围岩变形情况由图 3 可以看到，随着巷道的掘进，巷道顶底板及两帮移进量呈现先增加后趋于稳定的规律。巷道变形量在距掘进工作面 560 m 范围内逐渐增加，但变形速度逐渐减低；当距掘进面 60 m 以后，在支护作用影响下，巷道变形量不再增加，趋于稳定，顶底板、两帮移进量分别达到 92 mm 和 74 mm后保持不变。由图 4 分析可知，在回采期间，随着工作面的不断推进，由于受采动影响，采空区顶板垮落，巷道围岩变形量不断增加。当测点位置距工作面 55 m以外时，巷道变形量几乎为 0；但当测点距工作面1055 m 时，巷道变形量迅速增加。因此，34204 工作面回风巷超前压力影响区为距工作面 1055 m。距工作面 10 m 范围内，巷道围岩变形量更大，顶底板变形量为 106 mm，两帮移近量为 98 mm。（下转第 135 页）10090807060504030201000100102030405060708090顶底板移近量两帮移近量顶底板移近量两帮移近量测点距掘进面距离/m距工作面的距离/m807060504030201001201101009080706050403020100位移/mm位移/mm位移/mm位移/mm692023 年 10 月Oct.,2023（上接第 69 页）5结论（1）34204 工作面在原有支护失稳的情况下，通过理论分析及数值计算，对其支护参数进行优化。优化后顶板锚杆布置为每排 6 根，排间距为900 mm1 000 mm；锚索每排布置 2 根，间排距为2 000 mm1 800 mm。（2）34204 工作面回风巷掘进期间，距工作面60 m 以后为稳定区域，围岩不再出现变形；回采期间 1055 m 范围内为超前压力影响区域，巷道变形量较大。（3）34204 工作面回风巷支护参数优化后，可以有效地控制围岩变形，支护效果较好，能够确保矿井安全生产。参考文献1侯公羽，梁金平，李小瑞.常规条件下巷道支护设计的原理与方法研究 J.岩石力学与工程学报，2022，41（4）：691-711.2栗东.矿井煤层大断面巷道支护参数优化及应用研究 J.机械管理开发，2020，35（11）：84-86.3华鹏飞.大断面弱胶结软岩巷道支护技术研究 J.山东煤炭科技，2020（1）：16-18.4梁鑫.大断面巷道软岩破碎顶板支护技术研究 J.山西冶金，2022，45（1）：295-296.作者简介刘映博（1977-），男，助理工程师，毕业于太原理工大学采矿工程专业，长期从事煤矿采掘技术管理工作。收稿日期：2022-12-27经综合评价预测，本区地热评价共划为 16 个预测区，评述如下：（1）最小预测区圈定结果，总体与区域成矿地质背景和低阻、低重异常吻合程度高，空间定位效果较好。（2）预测区优选，已知矿点分布均在 B 级预测区内，异常分布在 B 级和 C 级预测区内，说明预测区优选 B、C 分级较合理。（3）利用预测区优选 B、C 分级成果进行矿床数估计基本合理，预测成果可靠程度较高。（4）由于本区尚未发现地热田，一些特征数据不具备，无法进行定量预测，仅根据区域水文特征和地热特征判断深度、温度和水量。（5）本次评价的基础资料反映了区内地质、矿产、区域物探等调查研究的最新成果，数据基本满足了本次预测要求。对于磁法、化探、重砂数据和遥感数据与矿产的关系不明显，数据未利用。（6）从预测结果可以看出，本区寻找盆地型地热资源具有一定潜力。4地热资源下一步勘查建议B 类盆地型预测区应是下一步首选的勘查地段，当然还要结合具体的自然条件，了解其开发利用前景，不要盲目实施钻探，确保在有水、有热、有盖层的情况下进行验证。参考文献1宗德林，高荣秀，宗元春.徐州潘塘盆地地热地质条件分析及热储靶区预测 J.能源技术与管理，2014，39（6）：142-145.2方宝明.山东省地热资源综合信息远景预测 D.长春：吉林大学，2006：88-109.3江苏省地质矿产局第五地质大队.徐州市地热资源潜力调查评价报告 R.徐州：江苏省地质矿产局第五地质大队，2012.作者简介李锋（1983-），男，高级工程师，毕业于南京工业大学勘察技术与工程专业，长期从事工程地质、水文地质、地质灾害研究等相关工作。收稿日期：2023-02-10表 7徐州地区地热资源预测区特征编号预测区名称面积/km2级别置信度编号预测区名称面积/km2级别置信度R01沛县龙固84.70B0.5R09贾汪青山泉40.18C0.1R02沛县鸳楼东34.71B0.5R10徐州潘塘86.18B0.5R03沛县城北52.32C0.1R11潘塘李庄32.86B0.5R04沛县城西35.98C0.1R12邳州八义集44.41C0.1R05丰县虎王集48.30C0.1R13铜山单集16.22C0.1R06丰县大沙河52.59B0.5R14睢宁姚集45.37C0.1R07沛县河口65.62B0.5R15睢宁庆安20.70C0.1R08铜山郑集南56.61B0.5R16睢宁邱集29.53C0.1能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.5135