大断面复合顶板切眼稳定性及支护研究.pdf

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1、2011年1O月矿业安全与环保第38卷第5期大断面复合顶板切眼稳定性及支护研究侯化强，王连国，李慎举，孙建(1．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221008；2．霍州煤电集团公司，山西霍州031400)摘要：大断面切眼尤其是顶板为软弱复合顶板时，其支护非常困难。根据现场工程地质条件、综采大断面复合顶板切眼围岩力学破坏机制的理论研究，得到围岩破坏区深度。借助Flac。。对切眼围岩支护稳定性进行数值模拟，提出锚网索梁柱的耦合支护方案。经现场实测证明，采用锚网索梁柱的耦合支护方案技术可行且安全可靠。关键词：大断面；复合顶板；

2、切眼；耦合支护；数值模拟中图分类号：TD324文献标志码：A文章编号：1008—4495(2011)05—0033—04综采大断面复合顶板切眼不同于一般的薄及中工业储量88．97万t，设计采高3．4m，可采储量厚煤层巷道，顶板为炭质泥岩一泥岩一粉砂岩复合8O．3万t，回采率90％。工作面顶底板情况如表1顶板，围岩松软，变形量大，直接顶泥岩层与上部坚所示。硬粉砂岩层可能出现较大的离层。随着开采强度的表1工作面顶底板岩层物理力学参数增大，要求巷道围岩具有足够的稳定性，如果支护形式和参数选择不合理，将直接影响到采矿工作的有序进行，造成负面效应。笔者结

3、合某矿7煤层的具体条件，针对跨度达8m的综采大断面工作面切眼，应用理论分析、数值模拟相结合的方法，对巷道的支护形式及参数进行设计，通过井下现场试验，获得了良好的经济效益。1工程概况7，11工作面，地面标高25．3—29．5m，工作面标高⋯545337m。地面位置：工作面上方是大面积农田和村庄，无其他重要建筑。回采后将导致洪寺王、河北徐、李园、东军张4个村庄缓慢塌陷。工作面长160m，走向长度1160m，面积为185600m。2大断面切眼围岩理论研究根据勘探资料揭露情况：工作面煤层厚2．93～根据设计要求：工作面分2次施工，首先是导硐4．63m，

4、平均厚3．4m，属中厚煤层，其赋存较稳定，施工，与机巷贯通后再扩大至设计宽度。其中切眼平均倾角9．7。，局部夹矸厚0．1～0．2m。其中切眼导硐规格：净宽×净高=4000mm×3500Him。由附近煤层较薄，厚2．93m，倾角10．5。。中部煤厚于切巷尺寸相对回采工作面走向、埋深以及工作面3．30～3．71m，倾角8．6。～l0。，密度1．4l×10kg／m，的倾向尺寸都较小，在弹性力学中将导硐作为平面应变问题来处理，建立如图1所示的均布载荷作用收稿日期：2011—02—20；2011—07—12修订下的带有正方形孔口的无限区域模型，孔口表示切

5、基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目眼导硐。采用叠加法，即将边界应力分解为垂直应(2010CB226805)；国家自然科学基金项目(50874103)；国家力与水平应力分别作用下的平面应变模型。重点实验室开放基金项目(SKLGDUEK0905)由弹性力学的复变函数解法J，首先要找到作者简介：侯化强(1987一)，男，山东济宁人，在读硕士研究生，主要研究方向为岩石力学及地下工程。E—mail：将正方形孔口映射为单位圆的映射函数，采用复变Houhuaqiangcuret@126．corn。——函数保角变化函数映射中所给出的映象函数式

6、：··2011年1O月矿业安全与环保第38卷第5期煤层黏聚力C为0．88MPa，内摩擦角。为30．9l。。p图3给出了围岩的安全系数等值曲线。十．LfftItftfZ图1孔口受力分解图0=础=(一+一“+1”一‘一一468-4~一．J)(1)式中z——正方形孔口复平面坐标，=+iy；——单位圆孔口复平面坐标，=pe。将复平面平面上的带正方形孔口的无限区域fffffflffffp变换成平面上的中心单位圆。其中R为实数，反图2切眼围岩主应力系数(o-／p)等值线映正方形的大小。在式(1)中只取两项，最后求得正方形孔无限区域孑L周界上的应力公式为4《

7、AC+BD、4(AfC’+RD

8、、+—f2)o'p=0，r0’式中，，分别表示孔口的环向、径向及切向应力。A：14—24cos20—7cos40A：1424cos20—7cos40B=——24cos20——7sin40B=24cos20—7sin40C=C=5628cos40D=D=28sin40如图2所示为导5硐平面围岩主应力系数等值线图3切眼围岩的安全系数等值曲线(上部为最大主应力，下部为最小主应力)。在正方形巷道的直角处二出现二了二3．9倍二原岩二应力～的p最大主应由图3可见，随着距巷道表面距离的增加围岩力峰值，而顶底板均出现了卸压区域。

9、巷道周边的的安全系数逐渐增加，符合实际。同时当距离增加最小主应力系数在两帮处为压应力，而在顶底板出到一定程度后，值不再改变，也即巷道对围岩的安现了拉应