掘支平行作業(yè)滯后距離研究

劉 毅

(山西汾西礦業(yè)集團中興煤業(yè)，山西 呂梁 030500)

掘支平行作業(yè)滯后距離研究

劉 毅

(山西汾西礦業(yè)集團中興煤業(yè)，山西 呂梁 030500)

某礦8#煤層處于典型的弱膠結(jié)軟巖地層中，以111082工作面皮帶順槽為工程背景，綜合理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對弱膠結(jié)軟巖巷道底臌變形機理進行了初步研究，模擬了不同二次支護距掘進面不同距離情況下頂板運移、兩幫移近量，最終確定距離掘進面39 m、進行二次支護比較合適。關(guān)鍵詞： 弱膠結(jié)；滯后支護；巷道掘進

在保證安全生產(chǎn)情況下增加工序平行作業(yè)是提高巷道掘進速度的有效途徑。巷道掘進過程中支護工序占用的時間比例最大，因此，最大限度地增加巷道支護工序的平行作業(yè)是提高巷道掘進速度的有效途徑。根據(jù)31506運輸巷掘進工作面實際情況和快速掘進的要求，將永久支護作業(yè)分成初次支護和后續(xù)支護兩步來完成，增加支護工序的平行作業(yè)，從而提高巷道的掘進速度。

后續(xù)錨桿支護滯后距離過短導(dǎo)致各工序相互影響，不利于后續(xù)支護作業(yè)的正常進行；滯后距離過長，可能導(dǎo)致巷道變形過大，頂板離層過大，甚至造成垮落，對安全生產(chǎn)造成威脅。因此，合理的后續(xù)支護滯后距離是巷道安全快速掘進的保證[1-2]。本文通過數(shù)值模擬的方法模擬了在不同滯后距離情況下巷道變形情況。

1 初次錨桿支護參數(shù)

采用滯后錨桿支護平行作業(yè)時，巷道掘進后初次錨桿支護的強度必須能夠滿足巷道安全需要，能夠有效控制圍巖初期變形破壞，抵抗巷道掘進期間的礦壓顯現(xiàn)。巷道初次支護平面圖見圖1。根據(jù)工作面實際情況，初步確定巷道初次支護參數(shù)如下：

圖1 巷道初次支護平面圖

1) 巷道開挖后，鋪設(shè)頂板菱形網(wǎng)，進行初次支護?？紤]到現(xiàn)場頂板條件，初次支護以錨桿為主。

2) 錨桿規(guī)格：MSGLD-335-022×2 000/2 200 mm金屬全螺紋鋼等強錨桿。

3) 錨固方式：樹脂加長錨固。選用2根M22840或1根S28625雙速樹脂藥卷。

4) 錨桿布置：頂板每排打設(shè)3根錨桿，頂板錨桿間排距為1 200 mm×1 200 mm。

5) 錨桿初始預(yù)緊力：錨桿預(yù)緊力控制在50 kN。

6) 護網(wǎng)：巷道頂板采用1 100 mm×4 100 mm菱形網(wǎng)支護，網(wǎng)片搭接長度不低于100 mm。一次循環(huán)進尺后，頂板表面必須完成全面鋪網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng)工作。

7) 單個循環(huán)內(nèi)布置3排錨桿，初次支護打設(shè)9根錨桿，并將錨桿預(yù)緊力擰緊至設(shè)計要求后方可進行后續(xù)作業(yè)。

2 后續(xù)支護滯后距離數(shù)值模擬

2.1 模型的建立

巷道埋深709.7 m～727.3 m,模型尺寸為長×寬×高=35 m×50 m×35 m，巷道位于模型中部，沿巷道掘進方向35 m，巖層總厚度為35 m，巷道為矩形斷面，頂部為沿巖層傾向的斜面。三維模型應(yīng)盡可能準確地考察巷道圍巖變形和受力情況，模型中巷道附近單元格較密，遠離巷道處單元劃分較疏[3]。

2.2 數(shù)值模擬各方案設(shè)計

根據(jù)巷道圍巖性質(zhì)和現(xiàn)場施工條件，以后續(xù)支護滯后距離為研究對象設(shè)計了4種方案，滯后距離分別是25、30、35、40 m。圖2為永久支護滯后距離各方案示意圖。

圖2 后續(xù)支護滯后距離模擬各方案示意圖

2.3 頂板位移場分析

圖3，是經(jīng)過巷道中心的豎直截面，隨著后續(xù)支護滯后距離的不斷增加，巷道頂?shù)装遄畲笪灰屏坎粩嘣龃螅渥畲笪灰屏糠謩e為42.8、43.8、44.2、44.8 mm。

由于其頂板條件較好，因而頂板變形量隨滯后距離增加其位移增量并不大。圖4為各方案頂板位移曲線圖。由圖4可知，巷道頂板在初次支護條件下，后續(xù)支護滯后距離為25、30、35、40 m時，頂板位移量差別不大。

圖5和圖6分別為巷道左右兩幫最大位移曲線圖。從圖中可以看出，由于巷道初次支護只對巷道的頂板做了支護，而沒有對兩幫支護，因而初次支護較后續(xù)完整支護兩幫變形較大；隨后續(xù)支護距離的增加，巷道左右兩幫的最大位移增大，左幫分別為46.77、47.20、47.50、47.61 mm，右?guī)头謩e為53.10、53.84、54.11、54.46mm，增大不明顯。由于巷道頂板傾斜，巷道右?guī)兔罕诒茸髱透?，位移量較左幫稍大。

3 后續(xù)錨桿支護滯后距離的確定

根據(jù)模擬結(jié)果可知，各方案巷道的位移量差別不大，位移量在巷道允許范圍內(nèi)。結(jié)合現(xiàn)場施工實際情況，考慮施工人員的安全和施工的方便，初步將后續(xù)支護作業(yè)放在橋式轉(zhuǎn)載機之后進行。因此，后續(xù)支護的滯后距離應(yīng)考慮掘進機長度、橋式轉(zhuǎn)載機長度、掘進進尺以及施工安全距離[4-5]。

滯后距離=掘進機長度+橋式轉(zhuǎn)載機長度+掘進進尺+施工安全距離=8.92+25+3.6+1.5=39.02 m。

圖3 頂板位移云圖

圖4 各方案頂板位移曲線圖

圖5 各方案左幫位移曲線圖

圖6 各方案右?guī)臀灰魄€圖

4 結(jié)論

在確定支護參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬的方法模擬了巷道在不同后續(xù)支護滯后距離的情況下，巷道圍巖變形情況。結(jié)合現(xiàn)場施工的實際情況，以安全施工為前提，在不影響后續(xù)支護作業(yè)的前提下，確定了最佳安全滯后支護距離。

[1] 常聚才,謝廣祥.深井巷道圍巖滯后注漿加固的合理時間[J].黑龍江科技學院學報,2011，21(9):343-346.

[2] 喬衛(wèi)國,烏格梁.巷道注漿加固合理滯后時間的確定[J].巖石力學與工程學報,2003(12):324-328.

[3] 張農(nóng),王保貴,鄭西貴.千米深井軟巖巷道二次支護中的注漿加固效果分析[J].煤炭科學技術(shù),2010，38(5):22-25.

[4] 孟鍵.巖石巷道滯后注漿加固技術(shù)的運用[J].宿州學院學報,2008，23(12):56-58.

[5] 井歡慶.受動壓影響的頂板巷道底鼓機理與控制技術(shù)研究[D].淮南:安徽理工大學,2011.

Research on lag distance of parallel operation of tunneling and supporting

LIU Yi

(Zhongxing Coal Industry, Shanxi Fenxi Mining Industry Group Co., Ltd., Lvliang Shanxi 030500, China)

No. 8 coal seam in a mine has a typical weak cementation soft rock strata. Based on the engineering background of 111082 crossheading?in working face, combining the theoretical analysis and numerical simulation, deformation mechanism of weak cementation soft rock roadway floor?heave is studied, roof movement and both sides convergence are simulated under different distance from secondary supporting to the heading face. It is finally determined that 39 m drivage distance is suitable for secondary supporting.

weak cementation; lag supporting; tunneling

2017-03-17

劉 毅，男，1982年出生，2014年畢業(yè)于太原理工大學采礦專業(yè)，工程師。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.41

TD825

A

1004-7050(2017)04-0118-02

煤礦工程