大倾角厚煤层综放工作面平巷锚网支护技术.pdf

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1、第28卷第2期西安科技大学学报2008年6月JOIJlINALOFⅪ7ANI烈IvERS玎YOFSCIENCEANDTECHNOK)GYV01．28N0．2JuIL2008文章编号：1672—9315(2008)02一02柏一04大倾角厚煤层综放工作面平巷锚网支护技术索永录1’2，赵峰1’2(1．西安科技大学能源学院，陕西西安710054；2．西安科技大学教育部。西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西西安710054)摘要：王家山煤矿大倾角厚煤层综放工作面回采巷道变形破坏比较严重，是制约工作面实现安全高效生产的主要因素之一。

2、文中根据巷道变形及锚杆受力的现场实测和巷道分步开挖与支护过程的FLAD3D模拟，分析了王家山煤矿大倾角厚煤层综放工作面回采巷道围岩变形破坏基本特征，提出了采用锚杆不对称布置方式，巷道断面采用圆角微拱矩形的锚网支护方案及其参数。现场试验获得了良好的技术经济效果。关键词：大倾角厚煤层；回采巷道；数值模拟；锚网支护中图分类号：TD353王家山煤矿的煤层倾角大部分在40。左右，煤层厚度在7—20m之间，属于典型的大倾角厚煤层。随着煤炭科学技术的发展，王家山煤矿综放回采巷道采用的锚网支护已得到了全面的推广应用，煤巷已经基本采用了综合机

3、械化掘进。但较长时间以来，综掘工作面单进和效率水平较低，巷道掘进与支护正在成为煤矿高效安全集约化生产的技术瓶颈，因此，如何提高锚网支护煤巷掘进水平有着重要的现实意义。1掘进工作面基本情况●，王家山煤矿采用大倾角特厚煤层走向长壁综采放顶煤采煤方法。大倾角综放工作面巷道基本为全煤巷道，煤层埋深约为350m，属低瓦斯工作面。回风平巷基本沿煤层底板掘进，运输平巷基本沿煤层顶板掘进。巷道所在的煤层属大倾角煤层，煤层倾角32—37。之间、平均为350，煤层厚度12．5—24．52m，平均18．5lm。直接顶与老顶层理发育，直接底致密坚硬

4、。老底局部地段含砾。总体上煤体比较松软，节理裂隙发育，煤体强度较低，而且煤岩层倾角大，巷道断面大，围岩属于软弱岩体，为不稳定(Ⅳ)一极不稳定(V)类型。煤岩物理力学参数详见表1。表l煤岩物理力学性质参数TahlPhysical·眦chanicalpmpe砸伪of∞m2大倾角厚煤层综放工作面运输平巷围岩变形破坏分析根据巷道围岩和工程技术特征，下面采用FLAC30有限差分程序来模拟大倾角厚煤层煤巷开挖与支护前后巷道围岩位移及应力变化。计算基本模型：模型共13060个网格，14301个节点，包括待开挖煤层、围岩及外部边界。模型中的

5、煤层倾角为35。，倾向长(菇方向)42m，走向长(y方向)20m，高度(彳方向)36收稿日期：2008一03—25基金项目：国家自然科学基金项目(50574073)作者简介：索永录(1960一)，男，陕西宝鸡人，教授。博士生导师，主要从事综采放顶煤开采技术和系统工程等方面的研究第2期索永录等：大倾角厚煤层综放工作面平巷锚网支护技术241m，工作面推进方向沿y轴正方向。2．1围岩应力分布特征首先模拟原岩应力状态，然后进行巷道分步开挖，每次开挖后实施锚网喷支护，程序总共执行20步开挖和支护运算。，图l为微拱形巷道与矩形巷道围岩水

6、平应力分布云图，从图中可以看出以下特征。1)随掘进工作面的推进，巷道两帮及顶部围岩的倾斜分层之间出现了水平应力降低区域，其中左帮上部的水平应力降低的程度比下部大，右帮的水平应力降低区域相对较小。主要原因是：巷道上部有不同厚度的倾斜分层，?巷道开挖后，使得巷道围岩原始的应力平衡被打破，在重新平衡的过程中，随着应力释放与调整而引起围岩变形并导致围岩中原有闭合的结构面张开滑移，当各倾斜分层问的粘结力不能约束这种变形时，就会产生顶板离层的现象⋯。如图1所示，巷道顶板粉砂岩下部、泥岩及两帮煤体间的接触面由于水平应力集中作用就会出现塑性

7、区，这些区域都是应力降低区。岩层大倾角使上覆岩层的重力沿层理方向的作用力大大增加，再加上巷道左帮及顶板左侧煤体距离顶板岩层最近，开挖后与左帮围岩的变形破坏相互影响，因此，左帮上部倾斜分层与煤层接触面处最先出现明显的应力降低区。随掘进工作面的推进及应力重新平衡的过程，水平应力降低区沿层理接触面向顶板深部围岩发展。2)在巷道底板中线下方的围岩中出现了水平应力集中的现象，其中矩形巷道底板下部围岩的应力集中最严重，微拱形巷道底板下部的应力值约为7MPa，而矩形巷道底板下方l一2．5m区域，水平应力值达9MPa，随着掘进工作面的推进，

8、巷道底板下方的水平应力集中区向深部转移。图l围岩水平应力分布Fig．1Ho血ontal岫B8di吡出“∞d8岫IlIldiIlgrock图2围岩应力集中区域Fig．2Distributi∞ofsuHo帅dingrock．对于巷道断面合理形状的选择，一般认为圆形巷道四周受力均匀，能够适应于软