松軟破碎頂板回采巷道支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

劉鵬亮

【摘 要】 文章針對屯蘭礦23011工作面松軟破碎頂板巷道圍巖變形大、現(xiàn)支護(hù)方式控制較差的現(xiàn)狀，基于工作面頂板巖層的賦存條件及現(xiàn)支護(hù)方案，采用FLAC3D數(shù)值軟件確定了“錨桿索+鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及其支護(hù)參數(shù)。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明：采用該聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，巷道頂板變形最大值為35mm，實(shí)現(xiàn)了對松軟破碎頂板變形的有效控制，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】 破碎頂板;變形大;聯(lián)合支護(hù);現(xiàn)場監(jiān)測

【中圖分類號】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2022）01-0007-02

軟弱頂板巷道作為一種普遍存在的巷道頂板形式，因其頂板巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受采掘擾動影響后極易發(fā)生離層和垮落，不僅增加了巷道支護(hù)難度，還極易引發(fā)巷道大變形而影響工作面安全生產(chǎn)。如何有效控制軟弱復(fù)合頂板巷道圍巖變形成為礦山科技工作者和研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)問題。對此，崔希鵬等對煤巷復(fù)合頂板變形破壞機(jī)理進(jìn)行了深入探究，提出了“梁—拱結(jié)構(gòu)支護(hù)技術(shù)”，并驗(yàn)證了該支護(hù)技術(shù)的可行性。宋沛鑫對動壓影響下軟弱泥巖頂?shù)装逑锏乐ёo(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了采用錨網(wǎng)索+注漿+錨注+噴漿的支護(hù)方式控制巷道圍巖變形的新技術(shù)，并驗(yàn)證了其可行性。許文靜分析了礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律，同時總結(jié)了巷道動壓下巷道圍巖支護(hù)的方法。

本文根據(jù)屯蘭礦23011工作面軟弱復(fù)合頂板的工程特點(diǎn)，提出了回采巷道優(yōu)化支護(hù)方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，以期為類似工程地質(zhì)條件巷道圍巖控制提供技術(shù)參考。

1工程概況

屯蘭礦23011綜采工作面2號煤均厚為4.65m，傾角4°～15°，煤體普氏系數(shù)f約為1.2。基本頂為細(xì)粒砂巖，厚度4.50～7.07m，平均5.78m，灰白石，厚層狀、塊狀構(gòu)造;直接頂為泥巖，層厚1.50～2.50m，平均2m，灰黑色，厚層狀;直接底為泥巖，厚度約2.76m，灰黑色，薄-厚層狀，含不完整植物化石，含云母碎片;基本底為砂質(zhì)泥巖，厚度約2.95m，灰色，薄-厚層狀，含黃鐵結(jié)核，小型交錯層理發(fā)育。該工作面的軌道巷埋深約385m，最大水平應(yīng)力約為20MPa，最大垂直應(yīng)力約為9.6MPa，使得該巷道的頂?shù)装宓姆€(wěn)定性較差。

2巷道原支護(hù)方案

2.1巷道原支護(hù)方案

23011工作面軌道巷原支護(hù)方案采用頂部每排布置6根間排距為800mm×900mm的Φ20mm×2000mm螺紋鋼錨桿，錨桿托盤采用200mm×200mm×50mm的木托盤;同時使用4400mm×280mm×3mm的鋼帶和5000mm×1000mm的10#鋼筋網(wǎng)。幫部采用排距為800mm×900mmΦ20mm×2000mm螺紋鋼錨桿。兩幫處的10#鋼筋網(wǎng)間距采用4000mm×1000mm。巷道頂部采用間排距2000mm×900mm，Φ21.6mm×9000mm的錨索，鋼梁采用14#槽鋼。

2.2原支護(hù)問題分析

23011綜采工作面軌道巷巷道頂板主要為砂巖和泥巖，頂板巖層較軟，且因泥巖和砂巖巖層性質(zhì)存在差異，受巷道掘進(jìn)擾動影響后極易發(fā)生較大離層，進(jìn)而導(dǎo)致巷道頂板發(fā)生冒頂和垮落。通過對23011工作面軌道巷變形特征及支護(hù)參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)巷道變形較大的主要原因?yàn)樵ёo(hù)僅采用錨索支護(hù)頂板，采用錨桿支護(hù)巷幫，支護(hù)強(qiáng)度較弱而不能對巷道圍巖形成有效控制。因此，在原支護(hù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)以有效控制巷道圍巖變形勢在必行。

2.3支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

23011綜采工作面軌道巷巷道頂板采用Φ22mm×2500mm的錨桿，其間排距為880mm×800mm，鋼筋網(wǎng)采用2550mm×1050mm的10#鍍鋅鋼筋，兩幫錨桿每根使用1卷CKΦ23mm×500mm型樹脂錨固劑，采用規(guī)格為150mm×150mm×10mm的正方形碗狀鋼托盤。頂板采用Φ21.8mm×7300mm的錨索，間排距為1200mm×800mm，布置在兩排錨桿中間，鋼托盤規(guī)格為300mm×300mm×12mm。

兩幫采用間排距800×800mm的短錨索，規(guī)格為Φ21.8mm×3000mm，并在巷道的幫角下扎20°打設(shè)規(guī)格Φ22mm×2500mm錨桿。

同時當(dāng)巷道變形趨于穩(wěn)定之后，在巷道的兩幫布設(shè)4根等間距長2.0m的注漿錨桿，使用硫鋁酸鹽水泥進(jìn)行注漿，對較大裂隙進(jìn)行封閉而且進(jìn)一步對淺部破碎圍巖進(jìn)行加固，巷道優(yōu)化支護(hù)方案如圖1所示。

3數(shù)值模擬

3.1數(shù)值模型建立

基于23011綜采工作面軌道巷實(shí)際地質(zhì)條件，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，建立尺寸為45m×25m×20m（長×寬×高）的三維數(shù)值計(jì)算模型（如圖2所示），分別模擬研究了原支護(hù)和優(yōu)化支護(hù)兩種方案下巷道圍巖變形特征。模型邊界條件為：模型四周固定水平方向位移，模型底面固定豎直方向位移，模型頂面施加7.68MPa的均布載荷等效上覆巖層重力。

3.2數(shù)值結(jié)果分析

巷道圍巖變形量曲線圖如圖3所示。

可以看出，在距離工作面的0～25m范圍，原支護(hù)方案與優(yōu)化支護(hù)方案下，隨距工作面距離的增大頂板下沉量逐漸增大，但在25m以后，頂板下沉量趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生明顯變化，二者的變化趨勢大體相同，但采用優(yōu)化支護(hù)方案后巷道穩(wěn)定后頂板最大變形量約為49mm，較原支護(hù)方案下減小了25.3%，巷道圍巖變形控制效果更為顯著。

4現(xiàn)場應(yīng)用監(jiān)測

采用優(yōu)化支護(hù)方案后，在巷道內(nèi)安設(shè)一組表面位移測站，采用“十字測點(diǎn)法”對巷道表面位移進(jìn)行觀測，根據(jù)所測數(shù)據(jù)的平均值繪制巷道頂板變形量如圖4所示。

從圖中可以看出，巷道頂板下沉量最大值約為35mm，巷道兩幫的最大變形量約380mm，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明采用優(yōu)化支護(hù)方案后對巷道頂板變形控制效果較好。

5結(jié)論

文章以屯蘭礦23011綜采工作面軌道巷為研究對象，對軟弱復(fù)合頂板巷道圍巖變形控制技術(shù)進(jìn)行探究，主要得到如下結(jié)論：

針對屯蘭礦的實(shí)際工程地質(zhì)情況，并結(jié)合原支護(hù)方案提出了優(yōu)化支護(hù)新技術(shù)，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件模擬研究了原支護(hù)和優(yōu)化支護(hù)兩種方案下巷道圍巖變形特征，并確定了新支護(hù)方案的可行性。

通過現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果顯示，采用優(yōu)化支護(hù)方案后，巷道頂板最大變形量為35mm，實(shí)現(xiàn)了對松軟破碎圍巖的有效控制，驗(yàn)證了新支護(hù)技術(shù)的合理性。

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