采動影響下巷道圍巖變形特征及支護技術研究

2013-12-23 04:50:04張立紅

山西煤炭 2013年3期

張立紅

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西陽泉 045000）

工作面順槽巷道圍巖的穩定性是保證煤礦安全生產的關鍵。順槽巷道圍巖變形，一般經歷五個階段[1]：巷道掘進影響階段、掘進影響穩定階段、采動影響階段、采動穩定影響階段、二次采動影響階段。對順槽巷道圍巖穩定性影響最大的因素，是工作面回采對巷道的動壓影響[2]；因此，研究采動影響下巷道圍巖變形特征和相關錨桿支護參數非常必要[3,4]。

目前華潤煤業準備回采205工作面，根據采掘接替安排，開掘205運輸順槽是沿3號煤層底板布置，3號煤層平均厚度6.1m，平均埋深200m，巷道布置見圖1。

圖1 205工作面巷道布置圖

1 205運輸順槽頂底板巖石力學參數

依據巖石力學實驗室測得205運輸順槽頂底板巖石力學參數，如表1所示。

2 205運輸順槽數值模擬模型及模擬方案

1）205運輸順槽模型：采用FLAC-3D數值模擬軟件進行，運輸順槽開挖前，先計算原始地應力；模擬開挖時，將其初始地應力作為重力荷載施加。205運輸順槽寬3.5m、高2.6m、工作面長80 m。矩形巷道，數值模擬時，沿205工作面對稱線取一半，工作面推進100m。工作面順槽模型尺寸，見圖2。

表1 巖石力學參數

圖2 工作面順槽模型

2）工作面順槽模擬方案：矩形巷道的高度2 600 mm、寬度3 500 mm，巷道圍巖完整性較好，但屬于全煤巷，煤質較軟。根據華潤煤礦的地質力學條件，采用工程類比并結合數值模擬，排除不合理的支護方案，最終選定本次數值模擬的方案：頂板4根錨桿，長度2400mm，間排距1 000 mm×900 mm；兩幫各布置3根錨桿，長度2 200 mm，間排距1 000 mm×900 mm；錨索采用“隔排”布置，間距1 600 mm，排距1 800 mm。

3 205運輸順槽數值模擬分析

1）205工作面采動對巷道圍巖穩定性的影響[5]：運輸順槽建模時，在回風順槽布置一測點，圖3為205回采工作面距測點90 m、20 m、10 m、0 m時，巷道圍巖屈服破壞情況。由圖3-a，距測點90 m時，運輸順槽未受任何采動影響，頂板錨索最大軸力182 kN，是錨索破斷載荷360 kN的50.6%，巷道穩定完整。由圖3-b，距測點20m時，運輸順槽圍巖破壞深度增加，破壞區域主要位于工作幫上部，頂板錨索最大軸力182.4 kN，是錨索破斷載荷360kN的50.8%，巷道開始進入采動影響狀態。由圖3-c，距測點10 m時，運輸順槽圍巖破壞深度進一步增加，達到了錨桿的錨固區域，頂板錨索最大軸力188 kN，是錨索破斷載荷360 kN的52.2%。由圖3-d，距測點0 m時，運輸順槽圍巖幾乎完全破壞，破壞深度超出了錨桿的錨固區域，頂板錨索最大軸力190 kN，是錨索破斷載荷360kN的52.8%，巷道工作幫側頂板完全破壞。

圖3 超前工作面煤壁不同距離處順槽圍巖屈服破壞

3）表2為順槽頂底板、兩幫移近量和錨桿、錨索錨固范圍內頂板離層值，隨測點至工作面煤壁距離變化的計算結果。由圖4和圖5看出，205工作面距測點30 m時，順槽頂底板、兩幫移近量開始增加，此時順槽處于工作面采動影響范圍之內，但移近量較??；但從前述分析結果看出205工作面距測點30m時，巷道圍巖仍處于穩定狀態。由圖6、圖7、圖8看出，205工作面距測點30m時，頂板錨桿錨固范圍離層量、錨索錨固范圍離層量錨固范圍內總離層量開始增大，但數值較小，巷道處于穩定狀態。205工作面距測點20m時，頂板錨桿錨固范圍離層量、錨索錨固范圍離層量錨固范圍內總離層量開始明顯增大，且數值較大，巷道處于不穩定狀態；此時應對205工作面運輸順槽頂板進行超前加強支護，以確保工作面安全生產。