厚煤层大断面煤巷支护技术研究.pdf

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1、2013年第38卷第1期能源技术与管理V01．38No．1EnergyTechnologyandManagementdoi：10．3969／j．issn．1672-9943．2013．01．046厚煤层大断面煤巷支护技术研究许志东，许磊，杨俊章。(1．湖北省宜昌市盛源矿山设计有限公司，湖北宜昌443000；2．中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京100083；3．河北冀中能源峰峰集团有限公司梧桐庄煤矿，河北邯郸056503)[摘要]以山西某矿厚煤层大断面回采巷道(5．2m×3．5m)为研究对象，采用数值分析的手段模拟了巷道顶板下沉量与预紧力关系(当预紧力大于20kN时，顶板变形

2、控制在80mm左右)和锚固结构挤压作用机理，阐明了其保证巷道稳定性的原理。采用工程类比和理论分析的方法确定了高强高预紧力及支护技术的参数。工程实践结果：两帮移近量75rm，顶底板移近量69111111。[关键词]厚煤层；大断面；煤巷支护[中图分类号]TD353[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2O13)O1-0111-030引言随着综采放顶煤技术的发展，综采设备越来越大型化，回采巷道的断面也越来越大，断面的增大给该类型巷道围岩控制带来了挑战。同时，回采巷道多布置在煤层底部，顶板离层、巷道变形、片帮等危险因素也逐渐凸显⋯。以山西某矿厚煤层图1数值模型沿底大断面回采巷道、断面

3、5．2mx3．5m为研究2．2高性能支护结构对象，采用数值分析和现场工业性试验的方法研究该地质条件下该类型巷道的支护技术。对厚煤层大■■断蔫面=l煤I巷的支护来说，采用高强度螺纹钢锚杆下配砂合煤小中孑上L径锚索越来越普遍。覆质层粗履1地质工程条件高强度锚杆岩泥杆体砂屈岩服强度为341．6—385．4MPa，帅层岩岩层破断强度为522．3601．9MPa；锚杆尾部螺纹部分该巷道煤层埋深235250m，平均9．09m，煤采用滚丝加工，故螺纹部分直径稍小于杆体，锚尾层系数1．5～2．5，直接顶为砂质泥岩，平均1m，直的强度与杆体强度相比，屈服强度很相近，破断力接底为砂质泥岩，平均1m，老顶为

4、中粗砂岩，厚相差14％～2O．1％，具体参数如表1所示。度5~8m。表120MnSi螺纹钢锚杆锚尾强化后的力学性能2围岩控制原理巷道开挖后，由于地应力的作用，围岩发生卸荷破坏，围岩由浅到深部向采掘空间内挤入，逐渐出现变形。只有最大限度地实现主动支护，才可有效控制围岩的变形破坏和失稳瞳]。该种锚杆既有相当高的强度、采用树脂药卷2．1数值模型加长锚固时增阻速度快，又有一定的延伸量，满足数值模型如图l所示。高应力软煤巷道锚杆支护对锚杆高性能的要求。采用数值模拟(Flac如)方法研究巷道顶板变形在锚杆杆体及锚尾均达到高强度时，还要注与预紧力的关系及锚固体挤压作用原理，模型尺寸：意锚杆杆体、锚尾

5、、托板及其它一些附件配套使长X宽X高=50mx50mx35m，单元70000个，用，对保证锚杆锚固力的长期效应是极有效的。大节点724271个，平均密度2750kgm'，垂直应力断面煤层巷道围岩破裂区、塑性区范围大，围岩的6．47MPa，应力梯度0．027MPa，测压系数1．2。稳定性得不到有效控制，因此应采用锚索加强支2013年2月112许志东，等厚煤层大断面煤巷支护技术研究Feb．。2013护。一方面锚索支护阻力大，可大大提高对浅部围岩的挤压加固作用；另一方面锚索长度大，可减小锚固区外围岩的变形和离层，充分调动深部围岩形成更大的锚固结构3_。2．3高预紧力支护锚杆预紧力对控制围岩变

6、形有极其重要的作用，增大锚杆预紧力可减小巷道围岩变形、对提高围岩自稳能力有重要作用，预紧力和顶板下沉关系如图2所示。160g140120图3锚固结构图网状分布图避1o0锚固结构中的每根锚杆形成的应力压缩带相80互叠加，可以使围岩浅部围岩由二向应力状态回6O0归到近三向应力状态。同时，保持相当大的变形范围内保持承载能力。3围岩控制技术图2预紧力和顶板下沉的关系由图2可以说明该问题，该地质条件下，及时根据具体工程地质条件，采用工程类比和理安装锚杆并对锚杆施加一定的预紧力，对顶板下论分析的方法]，最终确定顶板和两帮锚杆支护沉有很大的抑制作用。参数如下：①巷道顶部锚杆采用20X2400mm，根

7、据数值分析，锚杆安装后只要预紧力大于左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，每排6根，每根锚杆20kN，顶板下沉量即可控制在85mill以下。当预使用CK2340和Z2360树脂锚固剂加长锚固，顶紧力大于此值后，对控制顶板下沉的抑制作用不部锚杆间、排距950mm×1000mm，锚固力不小是很明显。于100kN／根。②巷道顶部锚索按照2-1—2—1布置在条件允许时，较大的预紧力对于围岩的变方式，布置双排时沿巷道中心线两侧1．20m处各形的确是有抑制作用的，但应