XV2203巷道合理支护参数的确定_靳雷忠.pdf

692023 年第 5 期靳雷忠：XV2203 巷道合理支护参数的确定靳雷忠：XV2203 巷道合理支护参数的确定XV2203 巷道合理支护参数的确定靳雷忠（晋能控股煤业集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司，山西 晋城 048000）摘 要 以晋圣三沟鑫都煤业 XV2203 巷为案例，进行了支护参数优化设计。采用 FLAC3D数值模拟法分析了围岩变形量、塑性区结果，确定支护锚杆最佳长度 2.2 m，锚杆合理间距 1.4 m1.6 m。优化支护方案应用后，顶板离层仪监测的数值较小，随时间变化数值逐渐趋于稳定，有效控制了巷道顶板变形。关键词 巷道；支护；参数；优化 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.023Determination of Reasonable Support Parameters for the XV2203 RoadwayJin Leizhong(Jinneng Holding Coal Industry Group Jinsheng Sangou Xindu Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Jincheng 048000)Abstract:Taking the XV2203 roadway of Jinsheng Sangou Xindu Coal Industry as a case,the optimization design of support parameters is carried out.The FLAC3D numerical simulation method is used to analyze the deformation amount and plastic zone results of the surrounding rock,and the optimal length of the support anchor rod is determined to be 2.2 m,with a reasonable spacing of 1.4 m1.6 m between the anchor rods.After the application of the optimized support scheme,the values monitored by the roof separation instrument are relatively small,and gradually tend to be stabilized over time,effectively controlling the deformation of the roadway roof.Key words:roadway;support;parameter;optimization收稿日期 2022-11-02作者简介 靳雷忠（1974），男，山西晋城人，1997 年毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，采矿工程师，研究方向：采矿。靳雷忠：XV2203 巷道合理支护参数的确定靳雷忠：XV2203 巷道合理支护参数的确定1 工程概况晋能控股煤业集团晋圣三沟鑫都煤业主采 15 号煤，煤层厚3.33.7 m，平均3.5 m，煤层倾角28。直接顶为石灰岩、砂质泥岩、粉砂岩、泥岩，底板为砂质泥岩、泥岩、铝土泥岩。XV2203 巷为矩形断面，巷道宽度 4.7 m，高度 3.3 m。2 巷道锚杆支护的数值模拟1-62.1 模型构建根据实际工程背景建立数值模型，模型为水平模型，模型尺寸：长宽高=50 m30 m50 m。巷道设在模型中部，掘进方向20，岩层厚度10 m，矩形巷道，巷道尺寸：宽 高=4.7 m3.3 m。为观察巷道周边应力状态变化，建立巷道周边网格较密、远离巷道部分网格较疏模型。2.2 边界条件选用应力边界条件，在模型上边界施加均匀垂直压应力，限制模型左右边界在水平方向的移动，下部边界固定，顶板岩层容重 26 kN/m3。煤岩物理力学参数见表 1。可生成FLAC3D模型，赋予摩尔-库伦模型参数，施加边界条件与初始应力。模型达到平衡后，再进行巷道开挖和支护，得到应力平衡云图数据。2.3 数值模拟方案设计XV2203 巷顶板类型属较稳定，结合地质条件以及其他巷道生产经验，巷道顶板和两帮均选择20 mm 快速锚杆。为选择合理的锚杆参数，将其他参数和模拟条件保持不变，观测巷道围岩破坏状况，分析锚杆长度对巷道稳定性作用，选择巷道支护锚杆最佳长度。数值模拟方案见表 2。702023 年第 5 期表 1 煤岩物理力学参数煤岩名称岩性描述厚度/m密度/（kg/m3）弹性模量/MPa抗压强度/MPa抗拉强度/MPa内摩擦角/（）黏结力/MPa顶板K2 石灰岩6.54263528 19453.824.1639 448.15煤煤3.3151961079.41.1830 211.91底板泥岩2.62260117 04830.892.0535 183.67表 2 数值模拟方案支护方案方案差异长度 2 m、2.2 m、2.4 m，间距 1.2 m、1.4 m、1.6 m长度 2.2 m，间距 1.2 m、1.4 m、1.6 m3 数值模拟结果3.1 锚杆长度分析3.1.1 围岩变形量分析结果从方案 I 不同锚杆长度下巷道围岩变形量数据可知，巷道没有使用锚杆支护时，巷道顶底板变形量大，顶板岩层出现弯曲下沉，最大下沉点在巷道中部为32 mm；当锚杆长度从2 m增加到2.2 m时，巷道顶底板变形量明显降低；锚杆长度从 2.2 m 增加到 2.4 m 时，顶板变形量减小趋势变缓；继续增加锚杆长度时，对巷道围岩作用效果不明显。3.1.2 围岩塑性区分析结果从方案 I 不同锚杆长度下巷道朔性区分布数据可知，巷道未进行支护时，巷道塑性区分布范围广，巷道破坏严重；进行锚杆支护后，巷道塑性区分布范围减小，底板塑性区范围大于顶板。锚杆长度由2 m 增加到 2.2 m 时，巷道塑性区减小，锚杆长度增加到 2.4 m 时，塑性区范围变化不大。3.1.3 合理长度生产实践表明锚杆长度并非越长越好，巷道支护时存在合理锚杆长度。锚杆长度过小，不能将软弱岩层悬吊在稳定岩层中，或造成巷道围岩形成组合拱厚度过小，不能形成足以抵抗巷道围岩变形的承载结构；锚杆长度过长，锚杆本身拉长量很大，易造成锚固岩层变形量大，顶板发生离层；随着锚杆长度增加，锚杆材料费用以及钻孔施工费用也相应增加。从安全和经济角度出发，选择锚杆长度为2.2 m。3.2 锚杆合理间排距3.2.1 巷道位移量从方案锚杆长度 2.2 m 时不同锚杆间距巷道位移量数据可知，锚杆能够明显降低巷道变形量，控制围岩变形。随着锚杆间距降低，巷道围岩变形不断降低，锚杆间距从 1.6 m 减到 1.4 m 时，巷道顶板位移明显降低，锚杆间距从 1.4 m 减到 1.2 m，巷道顶底板位移变化不大。3.2.2 巷道水平应力分析从方案锚杆长度 2.2 m 时不同锚杆间距巷道水平应力分布数据可知，水平应力降低区主要分布在巷道两帮，锚杆间距为 1.2 m 时最大水平应力为9.81 MPa，锚杆间距为 1.4 m 时为 9.6 MPa，锚杆间距为 1.6 m 时为 9.84 MPa。锚杆间距为 1.4 m 时最大水平应力小于锚杆间距为 1.2 m 和 1.6 m 时最大水平应力，相差不大。增加锚杆支护密度可以改善巷道两帮破坏情况，随着间距继续缩小，作用效果不明显。应力增高区主要分布在底板方向，底板破坏严重，顶板由于得到锚杆支护作用，水平应力得到降低。3.2.3 巷道塑性区分布图从方案锚杆长度 2.2 m 时不同锚杆间距塑性区分布数据可知，巷道底板塑性区分布范围明显大于顶板，锚杆支护有效阻止了顶板塑性区的发展，起到了锚固围岩的作用。对比不同锚杆间距支护时巷道的塑性区分布范围，发现随着锚杆间距增大，巷道塑性区分布范围增大。3.2.4 锚杆合理间距结合矿井实际生产地质条件和安全经济等因素，借鉴矿井以往生产经验，确定锚杆间距为1.4 m。4 工程实践通过对 XV2203 巷道锚杆支护数值模拟分析，确定支护方案。锚杆采用 20 mm2200 mm 快速锚杆，间排距 1.4 m1.6 m，扭矩不小于 250 Nm；锚索选择 17.8 mm5400 mm，间排距为2.0 m4.8 m；顶网采用 4900 mm1800 mm、网格50 mm50 mm 的菱形金属网，网片之间压茬 100 mm，网片之间每隔 200 mm 进行三花链接，链网丝712023 年第 5 期靳雷忠：XV2203 巷道合理支护参数的确定靳雷忠：XV2203 巷道合理支护参数的确定采用 14 号铁丝。5 效果按照设计，对 XV2203 巷进行顶板下沉量监测（见表 3），观测范围为正在掘进尚未移交的巷道。表 3 顶板离层仪数值观测日期2203HS-012203HS-022203HS-032203HS-042203HS-05深孔读数浅孔读数深孔读数浅孔读数深孔读数浅孔读数深孔读数浅孔读数深孔读数浅孔读数2021.11.110101111102021.11.810101111102021.11.1510101111102021.11.2210101111102021.11.291010111110变化值0000000000通过分析表 3 中顶板离层仪数值可知，顶板离层数值不大，随着时间变化，顶板离层仪数值逐渐趋于稳定，顶板没有出现明显离层现象，锚杆锚索支护效果好，有效地控制巷道顶板变形，维护巷道围岩的稳定性，锚杆支护参数合理，能够满足巷道支护要求。【参考文献】1 周朋,张佳飞,李各.近距离煤层采空区下工作面煤柱留设宽度及巷道合理支护参数研究 J.煤炭工程，2020，52（S1）：5-8.2 贾士耀.8.8 m 超大采高综采面回采巷道合理支护参数研究 J.中国煤炭，2020，46（06）：83-89.3 庄晋.近距离煤层采空区下巷道合理支护参数研究 J.山西能源学院学报，2019，32（06）：16-17+20.4 张雨.韩家洼矿近距离煤层巷道支护技术研究 J.能源技术与管理，2019，44（03）：68-70.5 李士杰.大断面巷道合理支护参数研究 J.山东煤炭科技，2019（03）：60-62.6 郭海波.晋圣三沟鑫都煤业矿井水文地质类型划分 J.山东煤炭科技，2018（10）：173-175+178.速度，巷道围岩变形取得较好控制效果。【参考文献】1 韩晋生.掘进巷道过陷落柱措施及支护技术研究 J.机 械 管 理 开 发，2022，37（08）：128-129+134.（上接第 65 页）2 冯纬.W3305 进风顺槽过陷落柱段巷道围岩控制技术研究 J.同煤科技，2022（03）：18-20.3 陈帅.回采巷道过陷落柱破碎带联合支护技术研究 J.山东煤炭科技，2022，40（05）：32-34.4 马卫波.大断面巷道过陷落柱期间的技术研究与实践 J.煤炭与化工，2021，44（06）：22-23+27.（上接第 68 页）煤仓施工技术研究应用 J.内蒙古煤炭经济，2022（11）：40-42.2 何明，李云飞，张月.大断面煤仓施工及支护技术应用 J.山东煤炭科技，2021，39（03）：47-48+51.3 武成浩.岳城煤矿下组煤煤仓安全施工技术方案的优化研究 J.能源与节能，2021（03）：24-25+27.4 刘育博.煤矿井下大断面煤仓快速施工技术 J.内蒙古煤炭经济，2020（15）：35-36.