大断面沿空煤巷锚索桁架非对称支护技术研究.pdf
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1、112023 年第 9 期武润虎:大断面沿空煤巷锚索桁架非对称支护技术研究收稿日期 2023-01-01作者简介 武润虎(1983),男,山西应县人,2008 年毕业于安徽理工大学采矿工程专业,采煤工程师,现就职于晋能控股煤业集团兴峪公司,从事矿压支护、巷道掘进及开采技术管理工作。大断面沿空煤巷锚索桁架非对称支护技术研究武润虎(晋能控股煤业集团兴峪公司,山西 阳泉 045000)摘 要 兴峪煤矿 15502 回风顺槽窄煤柱沿空掘巷期间变形较为严重,综合运用矿压监测、数值模拟等方法进行锚索桁架非对称支护技术的优化设计。研究表明:锚索最佳长度 8.0 m,桁架最佳跨度 1.6 m、偏心距 400
2、mm。应用后巷道表面收敛变形微小,锚杆、锚索载荷稳定,工作性能较好,采用锚索桁架配合锚网索联合非对称支护方案可有效控制巷道失稳。关键词 煤巷;非对称;支护中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.004Research on Asymmetric Support Technology of Large Cross Section Coal Roadway Along Goaf Anchor Cable TrussWu Runhu(Jinneng Holding Coal Industry Group Xingyu Comp
3、any,Shanxi Yangquan 045000)Abstract:During the excavation period of narrow coal pillars along goaf in the 15502 return air channel of Xingyu Coal Mine,the deformation is relatively severe.Mine pressure monitoring,numerical simulation and other methods are comprehensively used to optimize the design
4、of anchor cable truss asymmetric support technology.The research showed that the optimal length of the anchor cable is 8.0 m,the optimal span of the truss is 1.6 m,and the eccentricity is 400 mm.After application,the convergence deformation of the roadway surface is small,the load of the anchor rod
5、and anchor cable is stable,and the working performance is good.The adoption of anchor cable truss coordinated anchor mesh cable combined with asymmetric support scheme can effectively control the instability of the roadway.Key words:coal roadway;asymmetric;support武润虎:大断面沿空煤巷锚索桁架非对称支护技术研究1 工程概况阳煤集团兴峪
6、煤矿现阶段主采 15#煤层,该煤层为简单结构煤层,倾角 0 15,平均 3,煤层平均厚 6.0 m。15502 工作面埋深 334438 m,东部为五采区大巷,西部矿界与坤宁煤矿相邻(实体),北部为 15503 工作面(已采),南部为 15501 工作面(实体)。15#煤基本顶为 K2石灰岩,直接底为黑色砂质泥岩,基本底为 K2灰色石灰岩。顶底板岩层具体情况详见表 1。15502 工作面回风顺槽紧邻 15503 采空区掘进,区段煤柱宽度 7.0 m,掘进初期巷道围岩出现明显的变形破坏现象,为有效控制围岩的变形展开相关研究。表 1 15#煤顶底板岩性特征顶底板名称岩石名称厚度/岩石级别普氏硬度
7、f岩性特征基本顶K2石灰岩2.28性硬,裂隙被方解石脉充填,含海相动物化石,普氏硬度 7.6,属于坚硬的岩石直接底黑色砂质泥岩2.55黑色,性脆,断口呈平坦状,含黄铁矿晶体基本底K2石灰岩1.98性硬,质不纯,裂隙被方解石脉充填,含海相动物化石,普氏硬度 7.6,属于坚硬的岩石2 15502 回风顺槽原支护及变形现状15502 回风顺槽掘巷初期设计采用锚索+锚杆+梯子梁+拱形托板+金属经纬网联合支护。巷道沿 15#煤底板布置,顶锚索选用 17.8 mm6200 mm 钢绞线,锚杆选用 22 mm2500 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆,帮锚杆选用 20 mm2000 mm122023 年第 9 期
8、左旋无纵筋螺纹钢锚杆,顶部及帮部钢筋梯子梁均由直径 8 mm 的圆钢焊制。顶锚索托板选用高强可调心拱形锚索托板,钢号不小于Q235,形状为拱形,托 板 尺 寸 300 mm270 mm12 mm,配 用 68 mm23 mm 调心球垫。锚具规格为 KM18(1860),锚固剂为 MS 双速 23 mm1200 mm。15502 回风顺槽属于典型的大断面煤巷,由于矿井采掘接续紧张,在邻近的 15503 工作面未采掘完成前即开始了掘进施工作业。因此,沿空巷道不仅经受自身掘进扰动,而且受到邻近工作面采动影响,引发掘巷期间巷道表面局部出现较为剧烈的矿压显现,主要表现为顶板网兜、局部下沉,煤柱帮开裂严重
9、、明显内移,10%15%的锚杆、锚索失效,严重影响巷道的掘进。3 大断面煤巷非对称支护技术3.1 高预应力锚索桁架支护原理沿空巷道紧邻采空区边缘掘进,一侧为大面积的实体煤,一侧为小煤柱和大面积的采空区,巷道围岩应力状态并非对称分布,支护设计时应当考虑围岩变形的不对称性。15502 回风顺槽掘进初期,巷道表面变形即表现为不对称性,靠近采空区侧顶板下沉更为严重,煤柱帮内移也更为明显。由此,提出采用高预应力锚索桁架非对称支护技术进行治理,其作用原理如图 1。通过高强度桁架对顶板浅部岩层施加垂直向上和水平方向的约束力,减小巷道表面的变形,并将浅部岩层自重及载荷转移至深部岩层;通过长锚索的作用向两侧煤壁
10、转移,提高顶板岩层的整体稳定性;通过调节桁架中心与巷道中线间偏移距离,达到不对称支护的效果1-2。图 1 锚索桁架系统的支护原理3.2 不对称支护参数优化设计为考察锚索桁架支护技术的控制效果,确定15502 回风顺槽锚索桁架布置参数,采用 FLAC3D软件模拟巷道的开挖及支护3-4。巷道断面宽、高为5.6 m、3.6 m,巷道一侧为实体煤,一侧为 7 m 小煤柱及采空区。采用摩尔-库伦模型,模型边界尺寸为 400 m180 m65 m。模拟时首先进行邻近采空区的开挖,之后进行巷道的开挖。为确定最优的支护参数,在原支护设计的锚网支护基础上,分别设计 4 种锚索长度、4 种桁架跨度、4 种桁架偏心
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