急傾斜煤層重復(fù)采動(dòng)沿空軟巖巷道不同支護(hù)條件下穩(wěn)定性分析與研究

康　虹　胡尚斌　劉新洋　陳　建

（四川廣旺能源發(fā)展有限責(zé)任公司趙家壩煤礦，四川廣元　628206）

急傾斜煤層重復(fù)采動(dòng)沿空軟巖巷道不同支護(hù)條件下穩(wěn)定性分析與研究

康虹胡尚斌劉新洋陳建

（四川廣旺能源發(fā)展有限責(zé)任公司趙家壩煤礦，四川廣元628206）

四川廣旺集團(tuán)有限責(zé)任公司趙家壩煤礦礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，不但開采的煤層傾角大（平均傾角在55°以上），而且煤層距離近。本文介紹急傾斜煤層重復(fù)采動(dòng)沿空軟巖巷道在不同支護(hù)條件下的變形破壞特征，采用有限分法計(jì)算程序FLAC4.0進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)合分析結(jié)果得出巷道最優(yōu)支護(hù)方案，解決急傾斜煤層重復(fù)采動(dòng)沿空軟巖巷道支護(hù)難題。

急傾斜煤層沿空軟巖巷道不同支護(hù)穩(wěn)定性分析

四川廣旺集團(tuán)有限責(zé)任公司趙家壩煤礦目前有8#、9#、10#、11#、12#五層煤可采，其中9#煤層回采巷道在開掘過程中巷道變形破壞嚴(yán)重，部分區(qū)域頂?shù)装逡平拷咏?m左右，兩幫煤巖體松散破碎。加之采用沿空留巷的方式進(jìn)行采面布置，即上一區(qū)段工作面的運(yùn)輸平巷留作下一區(qū)段工作面的回風(fēng)平巷，沿煤層布置的回采巷道至少要受到兩次采面回采的影響，巷道穩(wěn)定性維護(hù)極其困難，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，巷道支護(hù)難度大，必須需求新的支護(hù)方案以解決巷道支護(hù)難題。

1　原主要支護(hù)方式及巷道穩(wěn)定性

采取的支護(hù)方式有工字鋼架梁支護(hù)和錨網(wǎng)支護(hù)，隨著應(yīng)力的顯現(xiàn)巷道首先從底板開始變形，出現(xiàn)底臌，繼而引起幫腳失穩(wěn)，最后導(dǎo)致頂板下沉；同時(shí)巷道出現(xiàn)應(yīng)力顯現(xiàn)時(shí)發(fā)生錨桿錨索受到剪切失效，巷道幫頂出現(xiàn)較大變形。

2　單純錨桿支護(hù)巷道變形破壞分析

通過數(shù)值模擬分析，單純錨桿支護(hù)后，巷道周邊水平應(yīng)力釋放范圍明顯減少，但相對(duì)錨索支護(hù)而言，效果不如錨索支護(hù)，兩幫低應(yīng)力范圍減小幅度較未支護(hù)時(shí)大，底板影響范圍變化不大；巷道圍巖垂直應(yīng)力（圖1所示）亦有所增大，且可以看出，右?guī)蜕喜课恢脩?yīng)力值明顯增加，大部分錨桿均錨固在零應(yīng)力值范圍之外，這說明錨桿對(duì)提高巷道淺部圍巖應(yīng)力、形成承載結(jié)構(gòu)起到關(guān)鍵作用。單純錨桿支護(hù)下，位移雖有所減小，但減小幅度與單純錨索支護(hù)時(shí)相似，對(duì)巷道變形的控制不明顯，這主要是由于錨桿支護(hù)所形成的結(jié)構(gòu)未能得到錨索等的輔助支護(hù)，即錨桿形成的小承載拱結(jié)構(gòu)與錨索形成的更大更深層次的大結(jié)構(gòu)未能形成耦合，從而不能達(dá)到理想的支護(hù)效果。

圖1　位移矢量特征

圖2　水平應(yīng)力云圖

3　單純錨索支護(hù)巷道變形破壞分析

通過數(shù)值模擬分析可以看出單純錨索支護(hù)后，巷道周邊水平應(yīng)力釋放范圍明顯減少，特別是左幫位置低應(yīng)力影響范圍較未支護(hù)時(shí)有所減小，底板低應(yīng)力影響范圍變化不大；巷道圍巖垂直應(yīng)力值亦有所增大，但增大幅度不明顯（圖2所示）。

錨索起到將巷道表面圍巖錨固到深部巖體的作用，可以看出，在錨索托盤范圍內(nèi)的圍巖位移明顯減小，而在巷道其他部未被錨固的巖石位移較大，部分地方甚至大于未支護(hù)時(shí)巷道的變形，這主要是由于錨索在破碎圍巖環(huán)境的主要起到懸吊作用，即將巷道附近巖體懸吊或固定在該錨索的控制范圍內(nèi)，保證巷道附近結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是，由于巷道附近小范圍未形成結(jié)構(gòu)，所以錨索的作用就沒得到明顯的發(fā)揮，從而導(dǎo)致了巷道的變形破壞。

圖3　水平應(yīng)力云圖

4　錨桿+錨索+W鋼帶聯(lián)合支護(hù)巷道穩(wěn)定性分析

通過數(shù)值模擬分析可以看出錨桿+錨索+W鋼帶支護(hù)后，巷道圍巖應(yīng)力明顯增大，且兩幫和底板的低水平應(yīng)力影響范圍減小，同時(shí)，深部圍巖水平應(yīng)力也明顯的增大（圖3所示）；垂直應(yīng)力變化特征更為明顯，聯(lián)合支護(hù)后，錨桿在錨索的輔助支護(hù)下，在巷道的圍巖中形成了高應(yīng)力（4MPa）似拱結(jié)構(gòu)，說明錨桿+錨索+鋼帶的多介質(zhì)耦合支護(hù)起到了明顯的加固作用，其中鋼帶對(duì)巷道表面破碎圍巖進(jìn)行加固，形成淺部結(jié)構(gòu)，錨桿對(duì)中部圍巖進(jìn)行加固，形成小承載拱結(jié)構(gòu)，錨索將錨桿、鋼帶等形成的結(jié)構(gòu)懸吊于深層次的穩(wěn)定巖層中，形成“大結(jié)構(gòu)”，從而保證了巷道穩(wěn)定性。

5　結(jié)語

（1）根據(jù)巷道數(shù)值模擬分析，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場松動(dòng)圈測試和以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出9#煤層回采巷道采用錨索+強(qiáng)力錨桿（與強(qiáng)力W鋼帶配合）+網(wǎng)+噴漿柔性支護(hù)方式可解決巷道支護(hù)難題，通過數(shù)值模擬分析不難看出錨索在圍巖中形成“外承載圈”，起到懸吊作用，轉(zhuǎn)移與改善巷道附近圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)，另錨桿配合強(qiáng)力W鋼帶、網(wǎng)和高強(qiáng)度托板，通過把分散的多根錨桿連接起來形成一個(gè)整體承載結(jié)構(gòu)，形成“內(nèi)支護(hù)圈”（內(nèi)承載結(jié)構(gòu)），承擔(dān)“外支護(hù)圈之內(nèi)圍巖壓力”，噴漿形成封閉層，防止巷道表面圍巖風(fēng)化與松動(dòng)掉落，保持錨索與錨桿支護(hù)效能。（2）加強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)的強(qiáng)度，采用加大錨索、錨桿的規(guī)格，W鋼帶、錨網(wǎng)支護(hù)后噴漿，頂板破碎處注漿等措施。

［1］楊科，羅勇.急斜煤層煤巷錨梁網(wǎng)支護(hù)技術(shù)［J］.礦山壓力與頂板管理，2005（4）.

［2］董伯林.太平礦急傾斜煤層回采巷道破壞機(jī)理與支護(hù)研究［D］.西安科技大學(xué)，2006（9）.

［3］董方庭.巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論及應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

康虹（1975—），男，四川蓬溪人，大學(xué)，采礦助理工程師，生產(chǎn)技術(shù)科主任工程師，現(xiàn)主要從事急傾斜薄煤層開采與急傾斜煤層軟巖巷道掘進(jìn)、支護(hù)方面的管理和研究工作。