孤岛综放工作面回采巷道围岩控制技术研究

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1、孤岛综放工作面回采巷道围岩控制技术研究李文忠山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司±矿业大学矿业工程学院摘要：基于伯方煤矿3205孤岛综放工作面工程地质条件，研宄了孤岛工作面覆岩应力以及位移分布特征，提出回釆巷道加强支护方案。孤岛工作面上方的岩层中垂直应力峰值是原始（垂直）地应力的2倍以上，在孤岛工作面推进过程中，冋采巷道超前支承压力峰值是常规工作面的1.21.7倍，加剧丫巷道支护难度。采用极限平衡理论，提出加强支护方案，使孤岛工作而回采巷道顶板平均变形量减少约65%，巷道两帮平均变形量减少约60%，有效控制了巷道围岩变形。关键词：孤岛工作面;超前支承压

2、力;加强支护;围岩控制;作者简介：李文忠（1974-）,男，工程师，毕业于大同煤校采煤专业，以后又获得采矿工程学士学位，主要从事煤矿生产技术管理工作。收稿日期：2017-10-23Received：2017-10—230引言煤炭开采过程中，为避免生产和接替工作面之间的干扰，有时会采用跳采的方式进行工作面的接替，这样就会在采区内形成孤岛工作面。在孤岛工作面煤层内会形成应力集中区，工作面垂直应力明显增大，巷道支护难度显著增加，给矿井的安全生产带来巨大威胁。因此，研究孤岛工作面上覆岩层应力分布特征以及回采巷道加强支护技术对煤矿安全开采具有重大意义。近年来，尽管巷道

3、支护技术与管理水平有很大提高，孤岛工作面的安全开采问题依然是采矿界广大学者的研究课题之一［1-2］。王宏伟等［3-4］研究了唐山矿孤岛工作面巷道顶板受工作面动压影响剧烈的范围，揭示了工作面前方能量释放的激增机制，介绍了压力预警防治措施。曹安业等m以鲍店矿103±05孤岛工作面为竹景，分析了厚硬岩层下孤岛工作面开采覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响。冯宇等M分析了孤岛工作面顶板结构的应力传递机制，提出支承压力估算方法。张炜等in通过探究孤岛工作面沿空掘巷超前支承压力分布特征，揭示Y孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷围岩控制机理。陈晓祥等M棊于五阳煤矿7603孤岛工

4、作面工程地质概况，运用变形力学机制转化原理提出新的支护方案，巷道围岩得到了有效控制。孤岛工作面的高应力环境是威胁煤矿生产安全的主要因素，因此，增加回采巷道支护强度是控制巷道围岩变形的有效手段。本文基于怕方煤矿工程地质条件，采用极限平衡理论，计算出/回采巷道的合理支护参数，并通过数值模拟分析巷道围岩应力分布特征，提出孤岛工作而回采巷道加强支护方案。该研宂成果可为孤岛综放工作面IH］采巷道围岩控制技术提供借鉴。1工程地质概况伯方煤矿现开采位于山西组下部的3煤层。3205孤岛工作面位于井田屮部二盘区，北部为3207回采工作面，东部为二盘区大巷，南部为3203工作面

5、采空区，丙侧为设计三盘区工作面（实体煤），工作面相对位置关系如图1所示。3205孤岛工作面长度为176m,工作面埋深约370m。根据钻孔资料，工作面煤层平均厚度为6m,工作面采高2.7m，采放比为1:1.22。煤层倾角3°〜9°,煤层节理屮等发育。煤层直接顶为灰黑色泥岩，平均厚度1.21m;老顶为灰黑色砂质泥岩，平均厚度4.5m;伪底为黑灰色砂质泥岩，平均厚度0.48m;直接底为黑灰色细砂岩，平均厚度1.6m;老底为灰黑色砂质泥岩，平均厚度4.32m。2巷道支护参数设计2.1极限平衡区深入围岩的深度采用非閼形巷道的閼形标准化法来确定巷道理论半径a，即:a=m

6、ink，ry}式中:n为巷道当量半径，为巷道外接圆半径，m。当考虑采动影响时巷道周边极限平衡区半径W为：（K1y//+K2C.cotp）（卜sin（p）式屮:If为考虑采动影响时巷道周边极限平衡区半径，为采动影响系数；y为上覆岩层平均体积力，kN/m;Il为巷道埋深，miPi为支护阻力，MPa;a为巷道理论半径，m;C为黏结力，MPa;*为内摩擦角，（°）;K2为煤岩体力学参数修正系数；X为侧压系数。则根据式（1）、（2）可确定极限平衡区深入巷道围岩的深度A为：W_a2.2锚杆支护参数设计依据锚杆长度为:式中:U为锚杆锚固段长度，m;A为极限平衡区深入围岩的

7、深度，m;L3为锚杆外露长度，m。需要支护加固的最大载荷密度％为：q(Fn(Rf-K)y式中:qfl为最大载荷密度，MPa;丫为极限平衡区煤或岩石的体积力，取25kN/m;n为荷载备用系数;h为矩形巷道的半高，ni。锚杆直径为：式中:D为锚杆直径，mm;[o]为杆体材料的许用强度，MPa;S为锚杆的维护面积，mo锚杆间排距由每根锚杆悬吊的岩石重量确定，即锚杆悬吊的岩石重量等于锚杆的锚固力，锚杆按等距排列计算，即间、排距相等，设为1。贝IJ1/21—D(I2.3锚索支护参数设计依据锚索长度为:Lf=L,+Amax+£式中:1?为锚索长度，m;U为坚硬岩层内的锚

8、M段长度，m;A„ax为受采动影响吋极限平衡区深入围