金雞灘煤礦11m寬超大斷面切眼支護技術(shù)

郭 亮，蔡逢華

（1.陜西時代能源化工有限公司，陜西 榆林719000；2.陜西未來能源化工有限公司金雞灘煤礦，陜西 榆林719000）

0 引言

伴隨著采掘設(shè)備的不斷大型化，煤礦單產(chǎn)的不斷提高[1-5]，采煤支架從最初的10~30 t發(fā)展到了目前的80 t左右。切眼寬度也經(jīng)歷了以下跳躍：6m→9m→10m→11m。金雞灘煤礦核定年產(chǎn)量達(dá)1 500萬t，102大采高工作面采用的支架見表1。

表1 102工作面支架選型表

使用的采煤支架如下：中部液壓支架選用ZY21000/38/82D型（78.3 t），過渡液壓支架選用ZYG21000/38/82D型（86 t），端頭液壓支架選用ZYT21000/28/53D型（70 t）,其中中部支架最小高度3.8 m最大高度8.2 m。這么大的支架勢必要求切眼的斷面變的更大。更大的斷面也不斷刷新著我們對巷道圍巖控制的認(rèn)知[6-7]。本文將以榆林金雞灘煤礦一盤區(qū)102工作面切眼：11 m×4.2 m為研究對象來探討該問題。

1 工程地質(zhì)條件

102工作面總體為一單斜構(gòu)造，東北高、西南低；煤層走向為近正北方向，傾向近正西方向，煤層傾角0°～1.0°，平均0.6°，f≈2。

102工作面開采煤層為2-2上層煤，該煤層為穩(wěn)定的主要可采煤層,本工作面煤層厚度5.5～8.6 m之間。該工作面煤層賦存較穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，為黑色半暗型，塊狀結(jié)構(gòu)，貝殼狀斷口，弱瀝青光澤。

切眼附近地面標(biāo)高+1204.3～+1227.9 m，井下標(biāo)高+991.3～+973.2 m,地面相對位置大部分為沙地及灘地，西南部穿過金雞灘村及部分牲口棚。

煤層頂?shù)装逵上峦戏謩e為老底，細(xì)砂巖，2-2上煤層，泥巖（偽頂），粉砂巖，老頂，煤層頂?shù)装逶敿?xì)情況見表2。

表2 煤層頂?shù)装逄卣鞅?/p>

2 超大斷面數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模型

采用3DEC5.2，根據(jù)金雞灘煤礦102工作面柱狀建立數(shù)值模型如圖1所示，模型共分為5層分別為老底，細(xì)砂巖，2-2上煤層，泥巖（偽頂），粉砂巖，老頂。模型尺寸：長×寬×高=60 m×1 m×40.93 m，模型采用位移邊界條件，底部邊界垂直方向固定，前、后、左、右邊界水平方向固定。煤層和頂?shù)装寰鶆澐譃?.5 m×0.5 m的塊體，巖層采用摩爾-庫倫模型，節(jié)理面采用Coulomb slip。具體見表4和表5：

圖1 金雞灘102超大斷面切眼數(shù)值模型

表4 巖層力學(xué)參數(shù)

表5 節(jié)理力學(xué)參數(shù)

為探討切眼寬度增加對金雞灘礦區(qū)大斷面切眼的影響，固定高度不變4.2 m，變化寬度7～11 m，步距1 m，模擬方案見表3。

表3 模擬方案

2.2 圍巖塑性區(qū)

針對102切眼的地質(zhì)條件，模擬結(jié)果如圖2所示，隨著切眼寬度不斷加大，切眼塑性區(qū)也逐漸增大，但塑性區(qū)的形態(tài)沒有發(fā)生變化，頂?shù)變蓭途拾霗E圓形，圍巖的塑性類型呈壓剪破壞，切眼寬度增加到11 m時，圍巖依然沒有出現(xiàn)拉或者拉剪破壞，這說明金雞灘的102切眼位置的地質(zhì)條件下，切眼寬度的增大沒有導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)變的劣化?？梢钥闯鲭S著切眼寬度的增大頂、底、兩幫的塑性區(qū)深度呈線性變化。

圖2 不同寬度102切眼塑性區(qū)分布

2.3 切眼幫支承壓力

不同寬度切眼兩幫的支承壓力如圖3所示，隨著切眼寬度的增大，兩幫的支承壓力形態(tài)沒有發(fā)生變化，均呈“單峰”狀分布。寬度的增大使兩幫的支持壓力峰值有所增加，但支承壓力峰值的位置沒有改變?？梢?，當(dāng)切眼寬度增大使更多的頂板巖層加載在兩幫的同時，兩幫除了支承壓力增高外，沒有出現(xiàn)更多的塑性，兩幫的巖層依然堅固。

圖3 不同寬度102切眼支承壓力分布

3 圍巖控制技術(shù)

根據(jù)具體工程地質(zhì)條件，采用工程類比和理論分析的方法，最終確定頂板和兩幫錨桿具體支護參數(shù)下，支護斷面如圖4：

圖4 支護斷面圖

1）頂板支護。頂板錨桿：φ20 mm×2 400 mm，左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，每排13根，每根錨桿使用1根K2335，1根MSZ2360樹脂錨固劑加長錨固，頂部錨桿間排距800 mm×1 000 mm。頂部網(wǎng)片采用φ6.5 mm鋼筋方格網(wǎng)，網(wǎng)格為100 mm×100 mm。

頂板錨索：按照每排4根方式布置，錨索使用φ15.24 mm×6 500 mm的小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索，每根錨索使用1根K2335、2根MSZ2360樹脂錨固劑加長錨固。

2）非采側(cè)幫支護。采用φ18 mm×2 000 mm，左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，每排4根，每根錨桿使用MSZ2360樹脂錨固劑1根加長錨固，間排距為1 200 mm×1 000 mm。網(wǎng)片采用φ6.5 mm鋼筋方格網(wǎng)，網(wǎng)格為100 mm×100 mm。

3）開采側(cè)幫支護。采用φ20 mm×2 000 mm，全螺紋式樹脂錨桿玻璃纖維增強塑料桿體，每排3根，每根錨桿使用MSZ2360樹脂錨固劑1根加長錨固，間排距1 300 mm×1 000 mm。

4 礦壓觀測結(jié)果

為了探討102工作面大斷面切眼的穩(wěn)定性，以及該支護技術(shù)與該地質(zhì)條件下的適應(yīng)性，經(jīng)過80d礦壓觀測，結(jié)果見圖5。

圖5 礦壓觀測

該超大斷面巷道掘進(jìn)穩(wěn)定期11 d左右，切眼圍巖劇烈調(diào)整期內(nèi)最大頂?shù)紫鄬σ平俣?.1 mm/s，最大兩幫相對移近速度6.7 mm/s。掘進(jìn)穩(wěn)定期后（11天）最大變形速度均降至1 mm/s以下。80 d后兩幫相對移近量112 mm，頂?shù)紫鄬σ平?47 mm。頂板離層量6 mm左右后未再增大。

5 結(jié)論

1）金雞灘礦區(qū)例如102大采高工作面11 m×4.2 m的斷面（達(dá)46.2 m2）得益于其煤層優(yōu)良的物理力學(xué)性質(zhì)，及煤層的賦存條件。其他礦區(qū)不可輕易照搬，應(yīng)因地制宜，做響應(yīng)的支護設(shè)計。

2）該地質(zhì)條件下，切眼寬度7～11 m的不斷增加圍巖塑性區(qū)也相應(yīng)的線性增加，然而圍巖的破壞類型沒有變化。

3）切眼寬度7～11 m的增加使兩幫支承壓力有升高，但兩幫支承壓力峰值位置沒有改變。