过空巷道深浅双支护围岩控制技术的应用

2019-08-20王宇

采矿技术 2019年4期

王宇

过空巷道深浅双支护围岩控制技术的应用

王宇

(长治三元中能煤业有限公司，山西长治市 046600)

福达煤业2303工作面推进过程中存在多条断面较大的空巷，空巷多位于煤层内，煤体强度低，受力复杂，直接导致空巷处于不稳定状态，围岩变形严重，破裂范围大。针对该情况，提出了过空巷道深浅双支护围岩控制技术，并通过FLAC3D数值模拟表明，该技术降低了过空巷道两帮最大移近量29 mm，顶底板最大移近量45 mm，有效控制了围岩变形。

过空巷道;深浅双支护;数值模拟

1 引言

福达煤业2303工作面有多条过空巷道，随着工作面的推进，会揭露一些老旧空巷，从而使工作面顶板控制难度增加，当工作面与空巷处于同一方向的时候，顶板更加难以控制。因此，通过研究2303工作面在回采过程中过空巷时巷道围岩的位移情况和支护技术，提出了过空巷道深浅双支护围岩控制技术，该技术可减少工作面搬家次数，从而提高工作效率，实现安全高效开采，对其他矿井的同类问题有一定的指导作用。

2 工程概况

福达煤业2303工作面采高为6.6 m，空巷断面面积大，顶板上方有3 m左右煤层，直接顶为泥岩，煤层与顶板之间的铰接能力较差，从而使顶板易离层掉落及弯曲破坏，在围岩的交接处也会发生破坏变形。巷道底板是泥岩，强度较低，遭到水平拉应力时，底板会被拉断及发生底臌现象。巷道周围岩层发生变形时，初始变形区最容易发生变形，在受到其他变形运动影响的时候，变形区域随之扩大，持续产生变形。

3 过空巷道深浅双支护层围岩控制技术的提出

结合锚杆和锚索的支护理论，提出深浅双支护层的支护系统，如图1所示，此系统对工作面周围岩层的支护起到非常重要作用。

浅部支撑层为锚杆支护系统，通过杆体、托盘、螺母、锚固剂等构件组合而成，杆体和围岩通过锚固剂粘结成整体，阻止岩层松动和离层。张拉钢带把锚杆相互连接起来，形成锚杆支护系统，即围岩内的浅部支撑层。

深部支撑层为锚索支护系统，通过钢绞线、锁具、锚固剂及张拉钢带等组合而成，钢绞线在顶板深部稳定岩层中稳定岩层。通过张拉钢带扩大锚索预紧力的影响区域，形成锚索支护系统。

图1 巷道支护深浅双支护层原理

4 数值模拟

4.1 数值模拟模型及方案建立

本文以福达煤业2303工作面的工程地质条件为研究背景，用FLAC3D对过空巷道进行模拟分析，建立的模型长×宽×高为：20 m×30 m×40 m，如图2所示，模型的底部限制垂直方向上的位移，两侧限制水平方向上的位移，煤厚为6.6 m，埋深350 m，则原岩应力为为8.75 MPa，工作面超前支承压力动载系数为为3.5，边界应力为为30 MPa，支护方案为锚杆结合锚索补强支护。

图2 数值模型建立示意图

4.2 深浅支护条件下过空巷到应力分布及变形规律

图3、图4为煤层空巷在不补强支护条件下巷道顶底板及两帮围岩位移云图。

图5、图6为煤层过空巷道深浅双支护时的顶底板及两帮围岩变形位移云图。

图3 不补强支护煤层过空巷道顶底板位移云图

图4 不补强支护煤层过空巷道两帮位移云图

图5 深浅双支护煤层过空巷道顶底板位移云图

图6 深浅双支护煤层过空巷道两帮位移云图

从图3~图6可以看出：不补强支护条件下，过空巷道的顶底板最大移近量为1071 mm，两帮最大移近量为802 mm；煤层过空巷道在深浅双支护层支护时，过空巷道的顶底板最大移近量为1042 mm；两帮最大移近量为757 mm。在深浅双支护层系统支护后，过空巷道的顶底板和两帮移近量明显减小，说明过空巷道围岩的稳定性加强。