淺埋堅(jiān)硬頂板巷道快速掘進(jìn)支護(hù)方案設(shè)計(jì)

李學(xué)金

摘 要：文章針對段王礦15號煤層淺埋深、堅(jiān)硬直接頂?shù)馁x存條件，在FLAC數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了回采巷道支護(hù)方案。使用大直徑錨索、超高強(qiáng)錨桿、高剛度金屬網(wǎng)和鋼帶，加大錨桿（索）間排距，形成了“高強(qiáng)度、高剛度、低密度”的支護(hù)方案，充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效能，提高掘進(jìn)速度，減少耗材，降低支護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：淺埋深；堅(jiān)硬頂板；快速掘進(jìn)

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0089-02

Abstract： In view of the occurrence condition of shallow buried depth and hard direct roof in No.15 seam of Duanwang Coal Mine， and based on FLAC numerical simulation， the supporting scheme of mining roadway is designed. By using large diameter anchor cable， super high strength anchor rod， high rigidity metal mesh and steel strip， this paper intends to increase the distance between anchor rods （cables）， forming the support scheme of "high strength， high stiffness and low density" to give full play to the support efficiency of the supporting structure.， so as to improve the speed of driving， reduce the consumption of materials， and cut down the cost of support.

Keywords： shallow burying depth； hard roof； rapid tunneling

1 工程概況

段王礦15號煤層位于太原組下段上部，上距11號煤層21.00～67.47m，平均49.60m。煤層厚度3.19～5.02m，平均4.31m，結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜，含0～3層夾矸，夾矸單層最大厚度為1.11m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

頂板為（K2下）石灰?guī)r，厚度1.60～2.60m，平均1.80m，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，比較堅(jiān)硬。底板為砂質(zhì)泥巖，厚度3.50～9.34m，平均5.00m，節(jié)理、裂隙較不發(fā)育，堅(jiān)硬程度屬軟弱巖-半堅(jiān)硬巖。

2 數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模擬方案

用FLAC3D建立數(shù)值模擬模型。巷道尺寸寬×高=4.5m×3.5m，沿15號煤頂板掘進(jìn)。模型尺寸寬×高=34.5m×37.5m，頂部邊界施加巖層自重應(yīng)力6.17Mpa，左右邊界水平應(yīng)力大小自下至上以應(yīng)力梯度為25KPa/m的速度減小，底部邊界應(yīng)力為7.12MPa。頂?shù)装鍘r性及相關(guān)參數(shù)如表1所示。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.2.1 巷道位移

巷道開挖后未支護(hù)時(shí)的位移場如圖1所示。

由圖1（a）可知，巷道開挖后，頂板的位移量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于底板位移量，其原因時(shí)，15號煤層頂板為堅(jiān)硬灰?guī)r直接頂，其剛度較大，能夠很好的限制頂板的下沉變形。因此，在應(yīng)力相同的情況下應(yīng)重視底板的加固，防治底鼓的發(fā)生。

由圖1（b）可知，在相同參數(shù)條件下，巷道幫部位移量相比頂?shù)装逦灰屏枯^大，頂?shù)装逶谒椒较蛏匣緵]有產(chǎn)生位移。因此，巷道開挖后，應(yīng)及時(shí)對幫部進(jìn)行支護(hù)以控制其變形量。

2.2.2 塑性區(qū)分布

巷道開挖后塑性區(qū)分布如圖2所示。

由圖2可知，在巷道開挖過程中不可避免地在巷道周圍圍巖產(chǎn)生破碎塑性圈，一般來說巷道塑性圈在巷道周圍呈現(xiàn)為近圓形的均勻分布。但根據(jù)15號煤實(shí)際地質(zhì)情況所建立的模型塑性區(qū)分布，兩幫塑性區(qū)范圍較大，而頂?shù)装逅苄詤^(qū)范圍較小，其中頂板塑性區(qū)分布最不明顯，原因是直接頂為堅(jiān)硬灰?guī)r，能有效防止上部巖層的變形破碎，并且其作為力的傳遞介質(zhì)，由于其堅(jiān)硬的性質(zhì)，力的損失較小，使兩幫承受較大壓力，所以需加強(qiáng)兩幫的支護(hù)，來維持巷道的整體穩(wěn)定。

綜上所述，在淺埋堅(jiān)硬頂板條件下，巷道支護(hù)時(shí)要加強(qiáng)對幫部變形的控制，使巷道頂?shù)装搴蛶筒繀f(xié)調(diào)承載，避免頂板的壓力轉(zhuǎn)移到巷道幫部，造成幫部變形過大。

3 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

段王礦15號煤層頂板為完整的堅(jiān)硬灰?guī)r，同時(shí)煤層埋藏較淺，具備使用長錨桿大間排距強(qiáng)護(hù)表支護(hù)方案的前提。在巷道中等斷面情況下，應(yīng)減少錨索使用或不使用，或者間隔一定距離施工一根錨索主要用于頂板巖性探測，減少材料消耗，充分發(fā)揮支護(hù)效能，提高掘進(jìn)速度?；诖耍槍嗝鏋閷挕粮?4.5×3.5的回采巷道，設(shè)計(jì)支護(hù)方案如圖3所示。

3.1 頂板錨桿

采用5根MSGLD-335/18×2000錨桿，間排距1000×1200mm。采用MSCK/Z2360雙速樹脂錨固劑、MSZ2335中速樹脂錨固劑各一支加長錨固，預(yù)緊力40-60kN，對應(yīng)的預(yù)緊力矩為250-300N·m。采用網(wǎng)格50mm、長×寬=4700×1300mm的礦用鍍鋅菱形金屬網(wǎng)配合梯形鋼帶護(hù)表。

3.2 頂板錨索

每2排錨桿布置一組（2根）錨索，規(guī)格SKP15.24-7/1860，長度6150mm，與錨桿間隔布置，錨索間排距為2500×2400mm。采用兩支MSCK/Z2360超快速錨固劑加長錨固。初始張拉力不小于80-120kN，每套錨索均應(yīng)采用萬向調(diào)心球墊。

3.3 幫部錨桿

采用4根MSGM-235/16×1800錨桿，間排距為1000×1200mm，錨固方式與頂板相同。護(hù)表采用網(wǎng)格50mm、長×寬=3700×1300mm的礦用格賓網(wǎng)配合梯形鋼帶，預(yù)緊力矩不小于200N·m，預(yù)緊力不小于30kN。

4 結(jié)束語

針對15號煤層淺埋深、堅(jiān)硬直接頂條件，支護(hù)方案使用大直徑錨索、超高強(qiáng)錨桿、高剛度金屬網(wǎng)和鋼帶，加大錨桿（索）間排距，形成了“高強(qiáng)度、高剛度、低密度”的支護(hù)方案，可大大降低鉆孔施工的工程量，并減少支護(hù)材料消耗，充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效能，提高掘進(jìn)速度，降低支護(hù)成本。巷道掘進(jìn)過程中，對圍巖變形、頂板離層進(jìn)行了觀測。結(jié)果表明：巷道掘進(jìn)穩(wěn)定后，頂板下沉最大值26mm，兩幫移近量最大值為132mm；頂板離層在距離掘進(jìn)迎頭28m以后基本穩(wěn)定在4mm左右。巷道支護(hù)效果良好，滿足設(shè)計(jì)要求。

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