李村煤矿2303工作面过大断层支护技术研究.pdf
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1、第46 卷第7 期2023年7 月采矿与井巷工程李村煤矿2 3 0 3 工作面过大断层支护技术研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023王伟(山西潞安化工集团慈林山煤业有限公司李村煤矿,山西长治0 3 0 6 0 0)摘要:为解决工作面过断层结构区顶板冒落、片帮等问题,以李村煤矿2 3 0 3 工作面为工程背景,通过数值模拟研究了工作面过大断层应力演变规律,得出随着工作面距断层距离的减小,剪切应力逐渐增大,法向应力逐渐减小,同时注浆可降低应力集中的现象,控制工作面过断层围岩的变形破坏。基于数值模拟结果提出了“注浆+锚杆索+金属网”控
2、制措施,并通过现场工业试验验证了该方案的可行性。关键词:大断层;数值模拟;应力演变;注浆;支护中图分类号:TD353文献标识码:B文章编号:2 0 9 5-59 7 9(2 0 2 3)0 7-0 0 3 4-0 4Research on support technology passing large fault in No.2303Face of Licun MineWangWei(Licun Mine of Shanxi Lu an Chemical Group Cilinshan Coal Industry Co.,Ltd.,Changzhi 030600,China)Abstract
3、:In order to solve the problems of roof caving and spalling in the fault structure area of the working face,No.2303Face of Licun Mine was taken as the engineering background,the stress evolution law of the large fault in the working facewas studied by numerical simulation.It was concluded that with
4、the decrease of the distance between the working face andthe fault,the shear stress increased gradually,and the normal stress decreased gradually.At the same time,groutingreduced the phenomenon of stress concentration and controlled the deformation and failure of the surrounding rock of theworking f
5、ace.Based on the numerical simulation results,the control measures of grouting+anchor cable+metal mesh were proposed,and the feasibility of the scheme was verified by field industrial test.Key words:large fault;numerical simulation;stress evolution;grouting;supporting变规律,并提出了“注浆+锚杆索+金属网”的0 引言支护方案。现场
6、工业试验验证了该支护方案的可行断层是煤矿中最常见的地质结构,由于断层性,研究结果可为工作面过断层的安全、可持续开的存在,岩层的连续性和完整性遭到破坏2-3 。当工采提供参考。作面向断层推进时,容易造成顶板掉落,片帮,甚1工程概况至支架破坏等事故,一直以来都是煤矿开采中需要解决的难题。为了保证断层区工作面的安全生产,提高工作面的生产速度,有必要对工作面过断层安全稳定技术进行系统的研究,并提出解决方案。本文结合李村煤矿2 3 0 3 工作面的煤层地质条件,通过数值模拟分析了工作面过断层时的应力演2303工作面按煤层走向布置,平均可采长度764m,切眼长2 7 8.7 m,可采面积2 1 2 9 2
7、 6.8 m。煤层倾角-7 1 5,平均倾角7,煤层厚度4.15.8 m,平均4.5m。该工作面采用走向长壁一次采全高后退式全部落综合机械化采煤法,选用掩护式液压支架来支护工作面的顶板,工作面共责任编辑:高小青D0I:10.19286/ki.cci.2023.07.010作者简介:王伟(1 9 8 2 一),男,山西运城人,工程师。引用格式:王伟.李村煤矿2 3 0 3 工作面过大断层支护技术研究J.煤炭与化工,2 0 2 3,46(7):3 4-3 7.34王伟:李村煤矿2 3 0 3 工作面过大断层支护技术研究有1 6 4组支架,其中中部正规架1 56 组,端头支架6组,过渡支架2 组。2
8、303工作面发育断层DF22,其落差约1 3 m,顶底板名称岩石名称基本顶中粒砂岩直接顶砂质泥岩、粉砂直接底粉砂、砂质泥岩基本底细粒砂岩2数值模拟2.1工作面过断层扰动特征采用FLAC3D数值模拟软件建立长宽高=80m60m80m的三维数值模型,模型四周表面边界设置为水平约束力,模型的底面设置为固定约束边界,模型顶部设置为自由边界。为研究2 3 0 3 工作面从上盘推进过程中对断层的扰动特征,在断层的中心线位置布设1 号监测点、2 号监测点、3 号监测点,其中1 号监测点位于工作面的上方6 0 m、2 号监测点位于工作面的上方1 0 m、3 号监测点位于工作面的下方1 0 m。工作面推进过程中
9、应力的动态变化曲线如图1 所示。3.5-1号监测点:2 号蓝测点3.0一3 号蓝测点2.52.01.51.00.50工作面距断层中线的距离/m(a)剪切应力-1-235-6-70工作面距断层中线的距离/m(b)法向应力图1 回采过程中断层区应力动态曲线Fig.1 The stress dynamic curve of fault zonein the process of mining2023年第7 期位于回采里程46 5 59 2 m处,距离进风巷西帮约50m。过断层DF22回采时沿上盘顶板平推,破顶留底,围岩特征见表1。表1 围岩及其特征Table 1 Surrounding rock a
10、nd its characteristic厚度/m5.89.653.77.420402040岩性特征深灰色,中厚层状,有白云母碎屑及煤屑,局部为细砂岩,充填方解石脉黄色,中厚层状,泥质松散,吸水性强灰黑色,中厚层状,平坦状断口,偶见星散状黄铁矿灰深灰色,中厚层状,矿物成分以石英为主,下部具薄层煤线,钙质胶结,裂隙发育由图1(a)可知,随着工作面距断层的距离的减小,1 号监测点剪切应力逐渐增大,2 号监测点、3 号监测点的剪切应力先增大后减小;当工作面距断层中线的距离为1 0 m时,2 号监测点剪切应力值最大,为2.3 MPa;当工作面距断层中线的距离为2 0 m时,3 号监测点剪切向应力值最大
11、,为2.5MPa;各监测点在工作面距断层中线9 0 100m,剪切应力基本处于稳定状态,在工作面距断层中线2 0 9 0 m,剪切应力随距离的减小逐渐增大,可以得出该断层对剪切应力的影响范围为工作面距断层中线 2 0 9 0 m。由图1(b)可知,随着工作面距断层的距离减小,1 号监测点法向应力逐渐增大,2 号监测点、3号监测点的法向应力先增大后减小;当工作面距断层中线的距离为1 0 m时,2 号监测点法向应力值最大,为5.4MPa;当工作面距断层中线的距离为2 0 m时,3 号监测点法向应力值最大,为4.4MPa;各监测点在工作面距断层中线6 0 1 0 0 m,法向应力基本处于稳定状态,在
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