上采下掘沿空巷道锚杆支护技术研究.pdf

2015年第40卷第5期
能源技术与管理
Vol 40 No5
Energy Technology and Management
111
doi:10.3969/5.isn.1672-9943.2015.05.042
上采下掘沿空巷道巒支护技术研究
王福海,陈康,王威,王庆牛
(安徽省牒炭科学研究院,安徽合肥230001)
[摘要]上采下掘沿空巷道受多次动压影响矿压显现刷烈、支护难度大。以丁集矿1432(1
轨道顺槽为工程背景,采用FLAC卯软件研究上采下掘沿空掘港国岩应力演化情
况,得出上覆1282(3)面回采对1432(1)轨顺影响范国,再采取分段设计原则进行
掘巷期间支护参数和回采期间加固参数设计。工程实践表明,锚网索结合中空注浆
锚索再进行喷注加固联合支护,可有效地控制上采下掘沿空掘巷固岩变形,研究结
果可在类似条件的矿井推广应用。
[关键词]上采下掘;沿空掘巷;锚杆支护;数值模拟
[中图分类号]TD353[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2015)05-011103
0引言
面,11-3煤线厚0.4~-0.7m;11-2煤层老顶为中细
砂岩,钙质胶结,夹条带状泥质薄层,底部局部相
深部上采下掘留小煤柱沿空掘巷道既受相邻变为砂质泥岩,平均厚113m;11-2煤层直接底
工作面回采后所形成的侧向残余支承压力的影为砂质泥岩,厚2.0-2.3m,砂泥质结构,夹有菱铁
响,又受上覆工作面回采动压影响?,巷道围岩结核植物化石碎片丰富,参差状断口;老底为细砂
应力情况极为复杂,巷道围岩变形异常剧烈,局部岩,平均厚2m,以石英为主,钙质胶结,含有菱铁
围岩变形严重区段不仅需要刷帮、卧底,甚至还需质,水平层理,垂直裂隙发育。
要挑顶等。因此,对此类上采下掘沿空掘巷围岩控
2上采下掘沿空巷道围岩应力特征及影
制提出了更高的要求
响范围
1工程概况
上采下掘沿空巷道受多重动压影响作用,依
1432(1)轨道顺槽为留煤柱沿空巷道,巷宽次受相邻工作面回采、上覆工作面回采、本工作面
5.5m,高3.4m,巷道断面大,煤柱宽7m。该巷道回采动压影响,其巷道围岩应力几经演化变得较
与其上覆1282(3)面呈外错布置,错距22m,法距复杂,巷道围岩变形剧烈,非常不利于巷道支护。
78m,北侧为1422(1)面采空区,如图1所示。2.1应力特征
432(1)轨顺掘进同时,1282(3)面正在回采,巷道
采用FLAC数值模拟软件,分析丁集矿
围岩受1282(3)面超前支承压力和侧向支承压力1432(1)轨顺围岩应力分布情况,如图1所示,为
的双重影响,且1432(1)轨顺埋藏深度平均超过巷道支护提供理论指导。
900m,深井巷道矿压显现剧烈,支护难度大。
1432(1)综采面11-2煤层直接顶由泥岩及
11-3煤层组成,泥岩厚0.3~0.8m,性松脆,具滑
282()轨道顺
40N
1281(9方商捅
600
282()【“作面
13271y通種
)型
图21282(3)面回采495m时垂直应力分布
142(1)k
由图2分析可知,1282(3)工作面超前支承压
作面
力随工作面推进不断向前移动,侧向支承压力在
图1工作面平面关系
工作面采后仍一直存在,1282(3)面回采对其底板
2015年10月
王福海,等上采下掘沿空巷道锚杆支护技术研穷
Oct.2015
定范围区域有卸压作用。1432(1)轨顺始终处于
由图4分析,测点位于1432(1)轨顺两帮550
上覆1282(3)面回釆形成的超前支承压力、侧向处,即对应上覆1282(3)面回采200m。当1282(3)
支承压力及相邻的1422(1)面回采所形成的侧向面开挖长度大于105m时,测点垂直应力变化较
支承压力等复杂应力环境中。
大,表明上覆1282(3)面回采对1432(1)轨顺的超
由切面垂直应力分布形态图可以看出,上覆前影响范围为95m:1282(3)面开挖大于585m后
1282(3)面回采对1432(1)轨顺有超前及滯后影测点垂直应力趋于稳定,表明上覆1282(3)回采对
响,如图3所示。1432(1)轨顺经历了相邻14221432(1)轨顺的滞后影响范围为385m;1282(3)面
(1)面回采侧向压力增高作用→1432(1)轨顺开挖回采165~315m期间,1432(1)轨顺两帮测点垂直
应力重新分布→上覆1282(3)面回采超前支承压应力变化剧烈,表明对应1282(3)面超前35m至
力及侧向支承压力作用→1282(3)面回采过后形滞后115m为1432(1)轨顺受采动影响剧烈区域
成采空区对底板岩层的卸压作用。由图3分析可
知,轨顺周边围岩应力一直处于动态发展变化中,3支护参数设计
不利于巷道围岩控制。
3.1掘进期间巷道支护参数设计
3.1.1完整泥岩及砂质泥岩区段支护方案
(1)巷道顶板采用长4.4mM5钢带+长1.0m
-2+07
M5钢带,6000mmx900mm8菱形金属网和7
〉-4E+07
根小22×2800mm(锚杆材料钢号为MGA400)高
强锚杆支护,锚杆间排距840mmx800mm;顶
600
200
400
板锚索按“5-5”布置,通过4.3m长』2梁连成
体,锚索垂直顶板布置,锚索间排距为980mmx
图31282(3)面回采495m时1432(1)轨顺巷帮
800mm,锚索规格为22×6300mm,每根锚索
中部切面垂直应力分布形态
采用3节Z2360树脂锚固剂,锚索初始预紧力不
2.2上覆1282(3)面回采对1432(1)轨顺的影低于100kN。具体参数如图5所示。
响范围分析
250、840.840.840,840.840、800.250
由1432(1)轨顺周边围岩应力随上覆1282(3
1mM5钢带
面推进变化再而稳定即可推算出,上覆1282(3)
4mM5钢带
面推进长度对143(1)轨顺的影响范围,如图4割、母N2×20m
锚杆
中22×6300mm
6.0
吧画?
4.3mΩ钢梁
5.8
m
x=550m处测点,
、平二一种
8金属网
即对应开挖200m煤柱内测点
应力变化曲线
5.4
5.
图5砂质泥岩及泥岩区段顶板支护参数
(2)实体帮采用长3,2mM5钢带,3600mm
挖刑讯
4.8
900m8菱形金属网,5根22×x2500mm(锚
4.6
平中「ジ中中挖。距750mmx800m。每根锚杆采用2节z360
杆材料钢号为MC400)高强锚杆支护,锚间排
4.4
4.2工作面帮侧
树脂锚固剂,顶部铺杅预紧力矩不低于180N·m,
测点应力变
4.0」化曲线
顶部锚杆预紧力矩不低于160N·m。煤柱帮布置
2.0
4.0
6.0
2排中空注浆加固错索,通过长3.4mM5钢带组
计算步数/102
合成一体,中空注浆锚索规格为ψ22×4800mm。
图414