余吾煤業(yè)高應力動壓巷道支護技術應用

樊　勇

(山西西山煤電股份有限公司,太原 030053)

余吾煤業(yè)S2105、S2106工作面均采用雙“U”型通風方式,其中2條為內(nèi)圈巷道,即工作面上下順槽,另外2條為外圈巷道,即工作面進風巷和瓦斯尾巷,用于排放瓦斯。然而中間巷道兩側(cè)工作面回采引起的高應力疊加導致巷道圍巖應力重新分布,巷道圍巖受此動態(tài)效應作用而處于極度不穩(wěn)定狀態(tài),巷道圍巖變形量大,維護工作十分困難[1]。

肺膿腫是因不同病原菌所引發(fā)的一種肺部化膿性炎癥,組織破壞、壞死、液化等,經(jīng)肉芽組織包繞產(chǎn)生膿腫,好發(fā)于伴基礎疾病的體弱老年人或壯年男性[1]。患者的臨床表現(xiàn)主要為咳嗽、咳痰且膿臭、高熱等。為避免病情遷延加重,患者應盡早治療,本文選取我院2015年2月-2017年10月之間收治的20例肺膿腫患者,對其臨床治療觀察分析,具體情況如下。

1　S2105綜放工作面概況

余吾煤業(yè)S2105工作面開采煤層為3號煤層,3號煤層位于二疊系山西組地層中部。3號煤平均容重1.39 t/m3,平均厚度5.35 m,賦存穩(wěn)定。煤層傾角為0°～8.3°,平均傾角為2.5°。煤層夾矸為泥巖,煤層結(jié)構簡單。

由S2105工作面內(nèi)909鉆孔資料可知:主要由砂質(zhì)泥巖、粉砂巖組成了3號煤的直接頂,直接頂厚度4.31 m,含有大量的不完整植物化石；主要由粗粒砂巖組成了3號煤的基本頂,基本頂厚度7.65 m；主要由泥巖組成了3號煤的直接底,直接底厚度3.25 m；主要由粉砂巖組成了3號煤的基本底,基本底厚度7.0 m,含有大量的不完整植物化石。

由圖5可知,隨著錨桿排距的增大,圍巖移近量也發(fā)生明顯的上升趨勢,排距從700 mm增加到1 000 mm,頂板移近量從120 mm增加到170 mm,左幫移近量從190 mm增加到250 mm,右?guī)湾^桿從210 mm增加到250 mm,底鼓量從350 mm增加到550 mm,從經(jīng)濟和穩(wěn)定性角度綜合考慮,回風巷的錨桿排距確定為800 mm。

S2105瓦排巷為矩形斷面,高3.2 m,寬4.8 m,斷面積15.36 m2。本巷道北翼坡度較緩,為0.4°左右;南翼坡度較大,為3.2°～8.3°。背斜南翼長度為415 m,北翼長度為579 m,背斜軸部為巷道的最高點,底板標高為+488 m;二號回風下山為南翼的最低點,底板標高為+456 m;輔助切眼為北翼的最低點,底板標高為+484 m。最高點同最低點之間的高差為32 m。

S2105工作面回采后,S2105瓦排巷被留巷作S2106瓦排巷繼續(xù)使用,S2106工作面采用“兩進兩回”的通風方式,距瓦排巷遠離S2105工作面采空區(qū)一側(cè)留窄煤柱掘進S2106工作面回風順槽,回風順槽為矩形斷面:寬為4.8 m,高為3.6 m,斷面積17.28 m2。圖1為S2105、S2106工作面位置關系圖。

2　合理煤柱寬度數(shù)值模擬分析

2.1　數(shù)值計算模型

圖4為幫錨桿長度分別為2 200 mm、2 400 mm和2 600 mm時回風巷頂?shù)缀蛢蓭鸵平壳闆r。

根據(jù)S2106工作面的實際生產(chǎn)地質(zhì)條件,分析S2106工作面超前支承壓力對回風順槽的影響,建立沿煤層走向的物理模型,見圖2。模型上邊界通過施加均布載荷模擬上覆巖層,對四周四個面進行水平和垂直方向的約束。數(shù)值模擬模型確定合理的回風順槽錨桿長度、錨桿間排距等支護參數(shù)。首先在錨桿間排距不變的情況下,分析不同錨桿長度對采空區(qū)段平巷表面位移的影響；其次在錨桿及錨固長度不變的情況下,分析不同間排距對采空區(qū)段平巷表面位移的影響；最后根據(jù)模擬結(jié)果確定巷道的支護參數(shù)，確定錨桿合理的間排距，確定錨桿數(shù)量和長度，確定回風順槽與瓦排巷之間聯(lián)絡巷的支護參數(shù)[3]。

圖2　沿煤層傾向的物理模型Fig.2　The physical model of inclination along the coal seam

S2106工作面回風順槽的斷面寬為4.8 m,高為3.6 m,錨桿間排距取值范圍為700 mm×700 mm、800 mm×800 mm、900 mm×900 mm、1 000 mm×1 000 mm和1 100 mm×1 100 mm,錨桿長度取值范圍為2 000 mm、2 200 mm、2 400 mm,錨桿直徑22 mm,錨索長度取7.2 m,錨索直徑18.9 mm。20 mm的無縱筋左旋螺紋鋼高強度錨桿的主要力學性能如表1所示。

表1　Φ22 mm的無縱筋左旋螺紋鋼高強度錨桿的主要力學性能Table 1　Main mechanical properties of high-strength bolt of left-handed twist threaded steel bars without longitudinal rib

2.2　錨桿支護參數(shù)優(yōu)化

1)錨桿直徑確定。回風巷與瓦排巷之間區(qū)段煤柱寬度為8 m,受S2105工作面回采影響,煤柱淺部出現(xiàn)一定程度的破壞,煤體強度降低，另外區(qū)段煤柱還要承受S2106工作面回采影響。為保持窄煤柱穩(wěn)定,控制回風巷圍巖變形,對支護強度提出了更高的要求。通過數(shù)值計算發(fā)現(xiàn),錨桿直徑為18 mm和20 mm時,對控制S2106變形的效果不大。綜合考慮經(jīng)濟成本以及現(xiàn)場施工,錨桿直徑為22 mm。

通過計算不同錨桿布置(左幫、頂板、右?guī)湾^桿根數(shù))454、464、565、575等四種布置方式對巷道穩(wěn)定性的影響,得出S2106工作面回采期間回風巷表面位移情況，見圖6。

酒店管理專業(yè)是應用型專業(yè)，學生須掌握必需的“專業(yè)能力”和“職業(yè)能力”?，F(xiàn)在的問題是高校教學內(nèi)容與行業(yè)存在脫節(jié)，學生知識、能力和素養(yǎng)與酒店的要求有差距[4]。本專業(yè)已建設起酒店與校園融合、國內(nèi)與國外平臺融合的“教學、實踐一體化”實踐教學模式，這一努力和嘗試無疑有助于為行業(yè)培養(yǎng)更合格更優(yōu)秀的專業(yè)人才，具有一定推廣意義。

從圖2中可以看出主固結(jié)在很短的時間內(nèi)完成，模量在后續(xù)階段內(nèi)呈線性增長，因此Anderson等根據(jù)這一特性得到了描述模量隨時間變化的公式：

分析圖3可知,錨桿長度對頂板下沉及兩幫移近的影響程度有所提高,錨桿長度由2 000 mm增加到2 400 mm時,頂板的下沉量發(fā)生顯著的減小,減小了25%,從172 mm減小到128 mm,兩幫移近量由565 mm減小到470 mm,減小了15%;錨桿長度由2 400 mm增加到2 600 mm時,頂板下沉量減小了10 mm,兩幫移近量減小了18 mm。因此,確定回風巷的頂錨桿長度為2 400 mm。

圖3　受采動影響后頂錨桿長度對圍巖變形的影響Fig.3　Effects of bolt length of roof on surrounding rock deformation after mining

在回風巷與瓦排巷之間留大煤柱為8 m,在此條件下,巷道圍巖應力分布與演化變得復雜,為保證回風巷在使用過程中少返修甚至不返修,需要在回風巷的原支護方案基礎上確定合理的支護參數(shù)。S2106工作面回風巷收斂變形后不僅要滿足自身服務要求,同時它的穩(wěn)定影響回風巷一側(cè)窄煤柱和S2105工作面瓦排巷的穩(wěn)定,對S2106工作面回風巷進行合理支護有利于控制瓦排巷圍巖變形,間接為瓦排巷的巷道維護提供支持[2]。

圖4　受采動影響后幫錨桿長度對圍巖變形的影響Fig.4　Effects of bolt length of two sides on surrounding rock deformation after mining

由數(shù)值計算結(jié)果可知,采用上述錨桿、錨索聯(lián)合支護參數(shù),S2106工作面回風巷留巷段經(jīng)過本工作面回采后,巷道頂?shù)装逡平繛?45 mm,兩幫移近量365 mm,變形后巷道最小斷面為13.6 m2,滿足工作面后方需要的通風斷面,可以正常使用。

3)間排距的分析。分析巷道的穩(wěn)定性,錨桿間距太大時對圍巖不能形成穩(wěn)定的錨固區(qū),不能形成穩(wěn)定的承載結(jié)構來支撐巷道的穩(wěn)定;間距太小則對經(jīng)濟造成了嚴重的浪費,并且減慢了巷道的掘進速度,增加了工人勞動強度和支護成本,因此合理的錨桿間排距發(fā)揮錨桿支護優(yōu)勢的關鍵因素[4]。

通過計算不同排距700 mm、800 mm、900 mm和1 000 mm對巷道穩(wěn)定性的影響,分析在S2106工作面回采期間回風巷表面位移情況，見圖5。

圖5　錨桿排距對回風巷表面收斂的影響Fig.5　Effects of bolt layout intervals on surface convergence of air return gateway

初乳中含有免疫抗體，母豬分娩后24 h以內(nèi)乳汁中免疫抗體和抗蛋白分解酶含量最高，人工輔助固定奶頭，讓仔豬盡快吃到初乳，得到免疫抗體，提高抵抗力，攝取營養(yǎng)，補充水分，增強體力，恢復體溫。

2)錨桿長度的選擇。本區(qū)段煤柱寬度為8 m,選定頂錨桿、幫錨桿直徑為22 mm,頂錨桿間排距為800 mm×800 mm,幫錨桿間排距為860 mm×800 mm。通過改變錨桿長度分析錨桿長度對回風巷圍巖穩(wěn)定性的影響,確定錨桿的合理長度。

圖3為頂錨桿長度分別為2 000 mm、2 200 mm、2 400 mm和2 600 mm時回風巷頂?shù)缀蛢蓭鸵平壳闆r。

圖6　不同錨桿布置方式回采期間回風巷表面收斂情況Fig.6　Effects of bolt layout methods on surface convergence of air return gateway during mining

由圖6可知,錨桿間距越小,對巷道圍巖頂板的穩(wěn)定性控制越好,即減小頂板和兩幫錨桿間距,對控制圍巖變形有利。但考慮到經(jīng)濟成本以及采礦效率,在保證巷道穩(wěn)定的前提下,盡可能地減少錨桿數(shù)量。采用565的錨桿布置方式能有效控制圍巖的變形,且錨桿支護密度較小。因此,綜合分析,工作面回風巷的錨桿支護間排距選定為: 實體煤右?guī)?00 mm×800 mm,頂板860 mm×800 mm,煤柱左幫800 mm×800 mm。

藤尾的父親決定讓甲野繼承遺產(chǎn)，但對于藤尾來說是不公平的。藤尾畢竟是親身的女兒，難以理解養(yǎng)子來繼承遺產(chǎn)。受西洋文化影響的藤尾，出現(xiàn)了抵抗情緒也是合情合理的，另一方面，夏目漱石成了一個栩栩如生的藤尾母親的形象。失去父親的藤尾，母親對藤尾的成長扮演著非常重要的角色。雖然甲野明確表示不繼承這個遺產(chǎn)，但是藤尾的母親卻表示懷疑。她對女兒藤尾的婚姻橫加干涉。

4)錨索支護。由于回風巷頂板采用的是長度2 400 mm的錨桿,小于頂煤的厚度,所以應加強錨索支護,將頂板巖層錨固到一起,穩(wěn)定巷道圍巖，且巷道斷面較大，為4 800 mm×3 600 mm,S2106工作面采動支承壓力較大,因此在回風巷中選擇增加錨索支護加強錨固區(qū)范圍,增加對巷道圍巖的控制,充分發(fā)揮錨桿的優(yōu)越性。錨索采用Φ183.9 mm、L8 300 mm鋼絞線錨索,每排2根,間距1 600 mm,排距800 mm。

式中，ρave為銷蝕碎片形成的圓管的平均密度；Rm為彈體蘑菇頭半徑；r0為彈體初始半徑。Rm與r0之比為[22]

與頂錨桿影響規(guī)律基本相似,頂?shù)装迮c兩幫移近量都會隨著幫錨桿長度的增加出現(xiàn)移近量的降低,并且?guī)湾^桿對底鼓的控制作用更加顯著。幫錨桿由2 200 mm增加到2 600 mm后,底鼓量由508 mm降低到423 mm,減小了16.7%,由此可知,巷道兩幫的錨固范圍由于有偏向底板的分支,對底鼓也有一定的控制作用,且不僅對巷道兩幫圍巖的穩(wěn)定性有控制作用,對巷道底板的變形也有非常大的作用。因此,確定回風巷的幫錨桿長度為2 400 mm。

2.3　回風巷錨桿布置

圖7為S2106工作面回風巷錨桿布置圖。

圖7　S2106工作面回風巷錨桿布置圖Fig.7　Layout of bolts in air return gateway on S2106 working face

S2106工作面回風巷錨桿支護材料匯總?cè)绫?所示。

表2　S2106工作面回風巷支護材料匯總Table 2　Summary sheet of supporting materials in air return gateway on S2106 working face

3　支護觀測結(jié)果及分析

在原支護巷道布置1#觀測斷面,在S2106回風巷中布置2#和3#兩個觀測斷面,取1#和2#觀測斷面監(jiān)測結(jié)果進行分析。圖8所示為1#、2#斷面圍巖變形曲線圖。

圖8-a　1#觀測斷面

圖8-b　2#觀測斷面圖8　1#、2#斷面圍巖變形曲線圖Fig.8　Surrounding rock variation of cross section No.1 and No.2

分析圖8可知,優(yōu)化支護后的斷面頂板離層在第14 d左右趨于穩(wěn)定,頂板淺部離層量穩(wěn)定值為19 mm,深部離層量為12 mm;原支護頂板淺部離層量穩(wěn)定值為30 mm,深部離層量為20 mm。與新型支護相比,原支護斷面頂板離層較為活躍,持續(xù)時間較長。

4　結(jié)論

通過建立上覆巖層的力學模型,對力學模型進行了理論分析,采用數(shù)值計算的方法,研究S2106工作面回風巷掘進、相鄰兩工作面回采條件下的合理支護參數(shù),并通過現(xiàn)場礦壓監(jiān)測的方法予以驗證,取得了良好的經(jīng)濟技術效果,對其它類似條件下巷道支護參數(shù)的選擇具有指導意義。