采動(dòng)影響下巷道圍巖變形特征及支護(hù)技術(shù)研究

張立紅

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

工作面順槽巷道圍巖的穩(wěn)定性是保證煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。順槽巷道圍巖變形，一般經(jīng)歷五個(gè)階段[1]：巷道掘進(jìn)影響階段、掘進(jìn)影響穩(wěn)定階段、采動(dòng)影響階段、采動(dòng)穩(wěn)定影響階段、二次采動(dòng)影響階段。對順槽巷道圍巖穩(wěn)定性影響最大的因素，是工作面回采對巷道的動(dòng)壓影響[2]；因此，研究采動(dòng)影響下巷道圍巖變形特征和相關(guān)錨桿支護(hù)參數(shù)非常必要[3,4]。

目前華潤煤業(yè)準(zhǔn)備回采205工作面，根據(jù)采掘接替安排，開掘205運(yùn)輸順槽是沿3號煤層底板布置，3號煤層平均厚度6.1m，平均埋深200m，巷道布置見圖1。

圖1 205工作面巷道布置圖

1 205運(yùn)輸順槽頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)

依據(jù)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室測得205運(yùn)輸順槽頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)，如表1所示。

2 205運(yùn)輸順槽數(shù)值模擬模型及模擬方案

1）205運(yùn)輸順槽模型：采用FLAC-3D數(shù)值模擬軟件進(jìn)行，運(yùn)輸順槽開挖前，先計(jì)算原始地應(yīng)力；模擬開挖時(shí)，將其初始地應(yīng)力作為重力荷載施加。205運(yùn)輸順槽寬3.5m、高2.6m、工作面長80 m。矩形巷道，數(shù)值模擬時(shí)，沿205工作面對稱線取一半，工作面推進(jìn)100m。工作面順槽模型尺寸，見圖2。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)

圖2 工作面順槽模型

2）工作面順槽模擬方案：矩形巷道的高度2 600 mm、寬度3 500 mm，巷道圍巖完整性較好，但屬于全煤巷，煤質(zhì)較軟。根據(jù)華潤煤礦的地質(zhì)力學(xué)條件，采用工程類比并結(jié)合數(shù)值模擬，排除不合理的支護(hù)方案，最終選定本次數(shù)值模擬的方案：頂板4根錨桿，長度2400mm，間排距1 000 mm×900 mm；兩幫各布置3根錨桿，長度2 200 mm，間排距1 000 mm×900 mm；錨索采用“隔排”布置，間距1 600 mm，排距1 800 mm。

3 205運(yùn)輸順槽數(shù)值模擬分析

1）205工作面采動(dòng)對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響[5]：運(yùn)輸順槽建模時(shí)，在回風(fēng)順槽布置一測點(diǎn)，圖3為205回采工作面距測點(diǎn)90 m、20 m、10 m、0 m時(shí)，巷道圍巖屈服破壞情況。由圖3-a，距測點(diǎn)90 m時(shí)，運(yùn)輸順槽未受任何采動(dòng)影響，頂板錨索最大軸力182 kN，是錨索破斷載荷360 kN的50.6%，巷道穩(wěn)定完整。由圖3-b，距測點(diǎn)20m時(shí)，運(yùn)輸順槽圍巖破壞深度增加，破壞區(qū)域主要位于工作幫上部，頂板錨索最大軸力182.4 kN，是錨索破斷載荷360kN的50.8%，巷道開始進(jìn)入采動(dòng)影響狀態(tài)。由圖3-c，距測點(diǎn)10 m時(shí)，運(yùn)輸順槽圍巖破壞深度進(jìn)一步增加，達(dá)到了錨桿的錨固區(qū)域，頂板錨索最大軸力188 kN，是錨索破斷載荷360 kN的52.2%。由圖3-d，距測點(diǎn)0 m時(shí)，運(yùn)輸順槽圍巖幾乎完全破壞，破壞深度超出了錨桿的錨固區(qū)域，頂板錨索最大軸力190 kN，是錨索破斷載荷360kN的52.8%，巷道工作幫側(cè)頂板完全破壞。

圖3 超前工作面煤壁不同距離處順槽圍巖屈服破壞

3）表2為順槽頂?shù)装?、兩幫移近量和錨桿、錨索錨固范圍內(nèi)頂板離層值，隨測點(diǎn)至工作面煤壁距離變化的計(jì)算結(jié)果。由圖4和圖5看出，205工作面距測點(diǎn)30 m時(shí)，順槽頂?shù)装?、兩幫移近量開始增加，此時(shí)順槽處于工作面采動(dòng)影響范圍之內(nèi)，但移近量較??；但從前述分析結(jié)果看出205工作面距測點(diǎn)30m時(shí)，巷道圍巖仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。由圖6、圖7、圖8看出，205工作面距測點(diǎn)30m時(shí)，頂板錨桿錨固范圍離層量、錨索錨固范圍離層量錨固范圍內(nèi)總離層量開始增大，但數(shù)值較小，巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。205工作面距測點(diǎn)20m時(shí)，頂板錨桿錨固范圍離層量、錨索錨固范圍離層量錨固范圍內(nèi)總離層量開始明顯增大，且數(shù)值較大，巷道處于不穩(wěn)定狀態(tài)；此時(shí)應(yīng)對205工作面運(yùn)輸順槽頂板進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù)，以確保工作面安全生產(chǎn)。

表2 工作面采動(dòng)影響前后巷道圍巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖4 運(yùn)輸順槽頂?shù)装逡平康淖兓€

圖5 運(yùn)輸順槽兩幫移近量的變化曲線

圖6 運(yùn)輸順槽錨索錨固區(qū)域頂板離層量的變化曲線

圖7 運(yùn)輸順槽錨桿錨固區(qū)域圍巖離層量的變化曲線

圖8 運(yùn)輸順槽錨固區(qū)總離層量的變化曲線

4 結(jié)束語

通過數(shù)值模擬，分析了運(yùn)輸順槽在205工作面回采過程中的采動(dòng)影響，得出以下結(jié)論：

1）205運(yùn)輸順槽未受采動(dòng)影響時(shí)，巷道頂?shù)装逡平?0.65 mm，兩幫移近量23.66 mm，巷道穩(wěn)定性較好，運(yùn)輸順槽受205工作面采動(dòng)影響范圍30 m；但205工作面距測點(diǎn)20 m時(shí)，巷道才進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，所以205運(yùn)輸順槽的超前支護(hù)距離為20m。

2）205運(yùn)輸順槽的最優(yōu)支護(hù)方案為：頂板4根錨桿，長度2 400 mm，間排距1 000 mm×900 mm；兩幫各布置3根錨桿，長度2 200 mm，間排距1 000 mm×900mm；錨索采用“隔排”布置，單根排居中，間距1600mm，排距1800mm。

3）在采動(dòng)影響下采用上述錨桿支護(hù)參數(shù)，結(jié)合礦井實(shí)踐證明，205運(yùn)輸順槽在工作面回采期間仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。

[1]杜時(shí)貴.巖體結(jié)構(gòu)面的工程性質(zhì)[M].北京：地震出版社，1999.

[2]錢明高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[3]趙海軍，馬鳳山，丁德民，等.采動(dòng)影響下巷道變形機(jī)理與破壞模式[J].煤炭學(xué)報(bào)，2009，34(5)：599-604.

[4]樊正興，謝文兵.采動(dòng)影響下煤層上山巷道支護(hù)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(1)：12-15.

[5]劉建軍，呂志強(qiáng)，郭敏江.鄰近工作面采動(dòng)影響下巷道礦壓規(guī)律研究[J].煤炭科技，2009，(1)：81-83.