小窯破壞區(qū)復(fù)采綜放面巷道支護(hù)方案研究

黃正軍

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司,山西 原平 034114）

關(guān)鍵字 復(fù)采 綜放 支護(hù)

小煤礦由于開采機(jī)械化水平低，開采后往往會(huì)有大量剩余資源[1]。小窯破壞區(qū)復(fù)采過程中，由于其破壞的無規(guī)則性，如果不正確支護(hù)可能會(huì)造成圍巖變形破壞事故，對(duì)井下人員安全構(gòu)成威脅，這就對(duì)回采巷道的支護(hù)提出了更高的要求[2-4]。如何在保證回采安全的前題條件下，盡量地提高小窯破壞區(qū)的復(fù)采效率是煤礦開采的一個(gè)重要問題。

本文通過對(duì)大同煤礦集團(tuán)軒崗煤礦井下圍巖條件進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析軒崗煤礦小窯破壞區(qū)回采巷道圍巖的變化規(guī)律。采用數(shù)值模擬方法針對(duì)不同條件下圍巖的破壞情況，選用不同的支護(hù)方法，通過分析比較確定了最佳支護(hù)方案。

1 概況

軒崗煤礦1203工作面開采2號(hào)煤層，巷道長1100m，切眼230m，煤層傾角約3～7°，工作面推進(jìn)傾角為3～6°，煤層厚度平均6.6m，上分層高度2.2m，下分層為4.4m煤層，工作面涌水量較小，影響不大。此工作面區(qū)域開采時(shí)間距今較長，所以工作面頂板可能損壞，有的區(qū)域完好，所以應(yīng)分開進(jìn)行分析。

2 破壞區(qū)巷道圍巖變形數(shù)值分析

2.1 模型建立

數(shù)值模擬分析采用FLAC3D進(jìn)行，對(duì)沒有支護(hù)情況下的回采巷道進(jìn)行分析，研究圍巖變形規(guī)律以及應(yīng)力分布情況，建立實(shí)體煤層、頂板垮落、頂板未落三種狀態(tài)下的巷道三維模型。模型尺寸為：長80m，寬30m，高60m。兩側(cè)為滑動(dòng)支撐，底部為固定支撐。圍巖塊度根據(jù)其自身特征進(jìn)行劃分，如圖1所示。

建立模型后，在模型中設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用以反映圍巖位移及應(yīng)力變化情況。通過模擬巷道開采過程，對(duì)應(yīng)力進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。為了反映圍巖變形規(guī)律，應(yīng)設(shè)置多個(gè)不同變量以此進(jìn)行分析。

圖1 復(fù)采綜放面回采巷道模型

2.2 頂板未垮落情況模擬分析

當(dāng)巷道上分層頂板未垮落時(shí)，分別對(duì)頂煤厚度為0.5m、1.0m、1.5m的不同模型進(jìn)行對(duì)比分析，巷道寬度5m，高度2.4m。頂煤厚度0.5m時(shí)巷道圍巖變形模擬情況如圖2所示。

圖2 頂煤厚度0.5m時(shí)數(shù)值模擬

由圖2所反映的圍巖變化情況可以看出，當(dāng)頂煤厚度為0.5m時(shí)圍巖變形較為明顯，最大應(yīng)力以及頂板下沉量均為最大值；而當(dāng)頂煤厚度增大時(shí)，巷道變形參數(shù)呈現(xiàn)逐漸變小趨勢(shì)，巷道變形量降低，其頂板受力大，尖角處受力破壞嚴(yán)重，其余下沉量及底鼓量均保持不變。由此可以看出巷道破壞程度并不大，主要原因是頂板沒有垮落，頂煤只承受重力。

2.3 頂板垮落情況模擬分析

針對(duì)巷道上分層頂板垮落情況，設(shè)置巷道寬度為5m，高度設(shè)為2.5m，分別對(duì)頂煤厚度為1.0m、1.5m、2.0m進(jìn)行變形模擬分析。頂煤厚度1.0m時(shí)模擬結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3所示，當(dāng)頂煤厚度為1.0m時(shí)，巷道圍巖破壞程度較大，當(dāng)頂煤厚度增大時(shí)，最大下沉量逐漸變小，兩幫移近量逐漸增加，其余應(yīng)力與底鼓量基本穩(wěn)定。由此可以看出頂板和幫部變形明顯，主要原因是頂板垮落造成頂板受力較大，變形嚴(yán)重。

圖3 頂煤厚度1.0m時(shí)數(shù)值模擬

由以上模擬結(jié)果可以看出，未垮落的頂板存在安全隱患，有必要對(duì)其圍巖進(jìn)行控制，出現(xiàn)應(yīng)力集中的區(qū)域應(yīng)使用角錨桿來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。由于小窯破壞區(qū)域存在頂板垮落和未垮落兩種情況，所以分情況、分區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)。

3 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

工作面巷道在開采過程中會(huì)受到很大的影響，設(shè)計(jì)的原則要承受動(dòng)壓，在開采挖掘后應(yīng)能主動(dòng)支護(hù)，保證巷道支護(hù)的強(qiáng)度情況下應(yīng)盡量降低成本。針對(duì)1203巷道包含上分層頂板垮落和未垮落兩種情況，巷道處于垮落區(qū)域時(shí)，頂板破壞嚴(yán)重，錨桿支護(hù)不能有效支護(hù)，可采用工字鋼棚架支護(hù)；巷道處于頂板未垮落區(qū)域時(shí)，可以采用工字鋼棚與錨桿支護(hù)協(xié)同支護(hù)，外加壁后充填的方式進(jìn)行加固。

巷道處于垮落區(qū)域時(shí)，采用11#工字鋼架棚支護(hù)，對(duì)頂煤厚度0.5m模擬情況如圖4所示。巷道處于頂板未垮落區(qū)域時(shí)，采用11#工字鋼架棚與錨桿協(xié)同支護(hù)，錨桿長度1500mm、間排距900mm×900mm，對(duì)頂煤厚度為1.0m模擬情況如圖5所示。

由圖4可以得出，采用工字鋼棚支護(hù)，最大垂直位移為195.6mm，最大水平位移為127.8mm，能夠達(dá)到支護(hù)要求。由圖5可以得出，采用錨桿與工字鋼棚共同支護(hù)，最大垂直位移為155.5mm，最大水平位移為105.4mm，滿足支護(hù)要求。

圖4 頂煤厚度0.5m模擬分析

4 結(jié)論

在對(duì)軒崗煤礦小窯破壞區(qū)工作面回采巷道分析的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬軟件FLAC3D建立了回采巷道的數(shù)值模型，通過不同模擬方案得出了回采巷道圍巖的變形規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，分區(qū)域的支護(hù)方案能夠較好地滿足小窯復(fù)采的支護(hù)要求，提高了支護(hù)效率，為后續(xù)支護(hù)方案最優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

圖5 頂煤厚度為1.0m模擬分析