新安煤礦錨網(wǎng)索支護(hù)數(shù)值模擬分析

王崇欣　郭強(qiáng)強(qiáng)

(河南能源化工集團(tuán)新安煤礦)

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新安煤礦錨網(wǎng)索支護(hù)數(shù)值模擬分析

王崇欣郭強(qiáng)強(qiáng)

(河南能源化工集團(tuán)新安煤礦)

新安煤礦地質(zhì)條件差，煤質(zhì)松軟，該礦11240工作面一直采用架棚支護(hù)，由于近年年煤炭形勢(shì)嚴(yán)峻，該礦采掘接替緊張，加之不少巷道在地質(zhì)構(gòu)造帶或動(dòng)壓影響區(qū)內(nèi)開(kāi)掘，導(dǎo)致巷道變形嚴(yán)重，巷修工程量大，嚴(yán)重制約了新安煤礦的安全生產(chǎn)。針對(duì)11240上巷錨網(wǎng)索支護(hù)進(jìn)行了分析，通過(guò)三維數(shù)值模擬分析，提出了合理的支護(hù)方案。實(shí)踐表明：該支護(hù)方案可有效保障巷道安全掘進(jìn)，大大提高掘進(jìn)效率，對(duì)于類似礦山巷道支護(hù)有一定的參考價(jià)值。

錨網(wǎng)索支護(hù)數(shù)值模擬支護(hù)方案

巷道發(fā)生沖擊破壞與否與巷道圍巖強(qiáng)度有較大關(guān)系，在其他條件不變時(shí)，沖擊破壞與否取決于巷道圍巖的極限承載強(qiáng)度。錨網(wǎng)索支護(hù)在安裝初期便對(duì)圍巖施加一主動(dòng)預(yù)緊力，錨桿、鋼筋網(wǎng)、錨索和圍巖組成的錨固體成為強(qiáng)有力的承載體，使圍巖從一開(kāi)始便受到較大的支護(hù)作用力，可有效控制圍巖變形[1-3]。本研究以新安煤礦11240工作面為例，對(duì)其支護(hù)方案進(jìn)行探討。

1　11240工作面概況

11240工作面位于11采區(qū)下山西翼下部，上鄰11220工作面采空區(qū)，下鄰二水平保護(hù)煤柱，西鄰二水平井筒延伸保護(hù)煤柱，東鄰11采區(qū)下山保護(hù)煤柱。該工作面地面無(wú)村莊和水體，地面平均標(biāo)高426m。該工作面標(biāo)高平均-35.4m，平均埋深450m。11240上巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)，剩余310m掘進(jìn)到位。11240工作面二1煤層底板起伏較大，煤層賦存不穩(wěn)定。上巷附近220～340m存在一薄煤沖刷帶，480～630m底板下伏，煤層變厚。該工作面直接頂為厚2m的泥巖，老頂為厚19.24m的粉砂巖和中砂巖。

2　支護(hù)方案設(shè)計(jì)

(1)頂板支護(hù)。巷道頂板采用“錨網(wǎng)索配合鋼筋網(wǎng)、鋼筋梯子梁及鋼帶”聯(lián)合支護(hù)。頂板布置7根鋼筋樹(shù)脂錨桿(φ22mm、長(zhǎng)2 250mm)，間排距750mm×800mm，托盤(pán)規(guī)格130mm×130mm×10mm(長(zhǎng)×寬×高)。每孔采用2節(jié)MSKφ23mm、長(zhǎng)500mm快速樹(shù)脂錨固劑錨固。鋼筋網(wǎng)規(guī)格φ6.5mm、900mm×1 600mm，鋼筋網(wǎng)采用彎鉤搭接法，縱、橫方向預(yù)留長(zhǎng)度均為100mm，彎鉤直連至另一片鋼筋網(wǎng)的縱筋、橫筋上。鋼筋梯子梁垂直于巷道軸向鋪設(shè)，錨桿、錨索穿過(guò)鋼筋梯子梁上的控制孔垂直錨入頂板[3]。

(2)兩幫支護(hù)。巷道兩幫采用“錨桿+鋼筋梯+雙層網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。型號(hào)為φ18mm×2 000mm鋼筋樹(shù)脂錨桿，間排距750mm×800mm，托盤(pán)規(guī)格130mm×130mm×10mm(長(zhǎng)×寬×高)。每錨桿孔采用1節(jié)MSKφ23mm、長(zhǎng)500mm快速樹(shù)脂錨固劑和1節(jié)MSZφ23mm、長(zhǎng)500mm中速樹(shù)脂錨固劑錨固。煤體中采用雙層網(wǎng)(里層為硬質(zhì)塑料網(wǎng)、外層為鋼筋網(wǎng))護(hù)表。鋼筋網(wǎng)規(guī)格φ6.5mm、900mm×1 600mm，鋼筋網(wǎng)采用彎鉤搭接法，縱、橫方向預(yù)留長(zhǎng)度均為100mm，彎鉤直連至另一片鋼筋網(wǎng)的縱筋、橫筋上，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度為100mm，聯(lián)網(wǎng)采用14#鐵絲，聯(lián)網(wǎng)間距不大于100mm。硬質(zhì)塑料網(wǎng)規(guī)格為12 000mm×1 000mm(長(zhǎng)×寬)，搭接100mm，聯(lián)網(wǎng)間距200mm(圖1)。

3　數(shù)值模擬分析

為確定支護(hù)方案的可靠性，采用FLAC3D軟件對(duì)新安煤礦11240上巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)開(kāi)挖后的底板變形、應(yīng)力區(qū)分布、破壞區(qū)分布進(jìn)行數(shù)值模擬分析，為選擇正確的支護(hù)結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。構(gòu)建的數(shù)值模型如圖2所示。在巷道底板布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所獲得的垂直位移變化情況見(jiàn)圖3，水平應(yīng)力分布與垂直應(yīng)力分布見(jiàn)圖4，圍巖塑性區(qū)分布見(jiàn)圖5。

圖1　11240上巷支護(hù)斷面(單位：mm)

由圖3～圖5可知：采用錨網(wǎng)索支護(hù)巷道底板的垂直位移最大為0.15m，最大水平應(yīng)力與最小垂直應(yīng)力差為21.02MPa，底板塑性區(qū)稍多，整個(gè)巷道無(wú)明顯變形，可見(jiàn)本研究確定的支護(hù)方案合理可行。

圖2　11240上巷錨網(wǎng)索支護(hù)模型

圖3　11240上巷錨網(wǎng)索支護(hù)垂直位移變化

圖4　11240上巷錨網(wǎng)索支護(hù)水平應(yīng)力、垂直應(yīng)力分布

圖5　11240上巷錨網(wǎng)索支護(hù)圍巖塑性區(qū)分布

4　巷道掘進(jìn)期間相關(guān)措施

(1)掘進(jìn)期間應(yīng)每天制作鉆屑量及電磁輻射變化規(guī)律報(bào)表，及時(shí)掌握掘進(jìn)期間兩幫及迎頭沖擊危險(xiǎn)性情況，以便采取應(yīng)對(duì)措施。

(2)巷道掘進(jìn)期間每隔50m設(shè)置一個(gè)礦壓觀測(cè)站，采用十字交叉法測(cè)定巷道頂?shù)装寮皟蓭偷囊平?，完善觀測(cè)記錄。

(3)每隔50m在頂板加裝一臺(tái)頂板離層儀，每打設(shè)300根錨桿安裝一個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)。錨桿托盤(pán)須緊貼巖面，錨固力、扭矩、力矩須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)在掘進(jìn)期間若危險(xiǎn)性有逐漸增加的趨勢(shì)，采取放炮卸壓措施時(shí)，作業(yè)人員的躲炮時(shí)間應(yīng)大于30min，躲炮距離須大于300m。

(5)掘進(jìn)期間兩幫采用卸壓炮，距工作面小于10m，間距5m，兩幫各一個(gè)，迎頭2個(gè)卸壓炮，炮眼深15m，直徑75mm，裝藥量 8kg，封孔大于6m，4個(gè)炮孔同時(shí)起爆。

5　結(jié)　語(yǔ)

以新安煤礦11240工作面為例，對(duì)其支護(hù)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)并進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明采用三維數(shù)值模擬分析法可有效模擬出巷道開(kāi)挖后的情況，有助于進(jìn)行巷道掘進(jìn)支護(hù)方案選擇，對(duì)于類似礦山支護(hù)方案設(shè)計(jì)有一定的借鑒價(jià)值。

[1]高明仕，王愷，闞甲廣，等.沖擊礦壓巷道圍巖穩(wěn)定性控制研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].煤礦支護(hù)，2006(4)：8-15.

[2]楊永剛，張海燕，甘犬財(cái).深井高地壓沿空巷道圍巖變形機(jī)理與支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭工程，2012(6)：76-79.

[3]常聚才，謝廣祥.深部巷道錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)關(guān)鍵因素分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014(3)：1-3.

2016-05-23)

王崇欣(1965—)，男，礦長(zhǎng)，高級(jí)工程師，471800 河南省洛陽(yáng)市新安縣石寺鎮(zhèn)。