韓秀光

【摘 要】 針對(duì)回采工作面支護(hù)效果不佳的問(wèn)題，本文采用理論分析、數(shù)值模擬的方法對(duì)F6204工作面的順槽支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。研究表明，工作面采用基礎(chǔ)支護(hù)和強(qiáng)化支護(hù)的理念，得出錨桿+錨索+H梁的支護(hù)方案能夠獲得更佳的支護(hù)效果，為回采工作面支護(hù)方案的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 厚煤層;運(yùn)輸順槽;圍巖;支護(hù);數(shù)值模擬

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TD32 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2019）04-0020-03 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

我國(guó)作為煤炭生產(chǎn)大國(guó)，各地區(qū)的煤層特點(diǎn)及開(kāi)采方式不盡相同。內(nèi)蒙古的煤層屬于特厚煤層，針對(duì)厚煤層所采用的采煤工藝為放頂煤工藝。盡管放頂煤工藝能夠大大提升開(kāi)采工藝，但是其支護(hù)難度相對(duì)較大。對(duì)于特厚煤層而言，錨桿支護(hù)對(duì)圍巖的反作用力很難達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果。因此，急需一種合理、有效的控制辦法對(duì)厚煤層巷道進(jìn)行支護(hù)。

經(jīng)研究可知，影響巷道支護(hù)的主要因素有綜采工作面的類(lèi)型、運(yùn)輸方式、斷面特征以及地質(zhì)條件。由于巷道的支護(hù)效果及質(zhì)量直接影響整個(gè)綜采工作面的開(kāi)采效率和作業(yè)人員的安全，為此，針對(duì)特定綜采工作面需充分分析其特征，為其設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的支護(hù)方案。本文將以回采工作面的巷道為研究對(duì)象設(shè)計(jì)與之匹配的支護(hù)方案，并對(duì)該方案的支護(hù)效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1工程概況

本文以F6204工作面運(yùn)輸順槽為研究對(duì)象，推進(jìn)長(zhǎng)度為1329.8m，切斜長(zhǎng)度為240.3m，埋深350m。該工作面巷道偽頂主要由灰黑色巖質(zhì)泥巖組成，且泥巖厚度范圍在0.3m和0.8m之間，頂板的結(jié)構(gòu)為薄層狀結(jié)構(gòu);該工作面巷道直接頂主要由砂質(zhì)泥巖組成，且泥巖平均厚度約為1.2m;該工作面巷道基本頂主要由粗砂巖組成，平均厚度為8.1m;該工作面巷道直接底主要由砂質(zhì)泥巖組成，砂巖平均厚度為0.2m;基本底主要由細(xì)砂巖組成，平均厚度2.3m。

2工作面順槽支護(hù)方案

在充分分析F6204回采工作面煤層、直接頂、底板以及地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，該工作面順槽采用基礎(chǔ)支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)的支護(hù)方案。其中，基礎(chǔ)支護(hù)采用錨桿+梁的支護(hù)方式;加強(qiáng)支護(hù)采用錨索的支護(hù)方式。此外，根據(jù)頂板結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，特加入噴漿封閉措施。

2.1基礎(chǔ)支護(hù)方案

本工作面的基礎(chǔ)支護(hù)方案為錨桿+H型鋼帶+網(wǎng)，巷道頂部支護(hù)平面圖如圖1所示。

該工作面共布置14根錨桿，針對(duì)頂板和工作面兩幫的情況分別布置不同規(guī)格的錨桿。其中，頂板支護(hù)錨桿的規(guī)格為φ18×2400mm的左旋螺紋鋼錨桿;兩幫支護(hù)錨桿的規(guī)格為φ16×2000mm的右旋螺紋鋼錨桿。此外，頂部錨桿與H梁配合使用。為確?；A(chǔ)支護(hù)方案的支護(hù)效果，需錨桿相關(guān)的支護(hù)附件配合使用。錨桿支護(hù)附件類(lèi)型及規(guī)格如表2所示。

根據(jù)支護(hù)要求設(shè)定支護(hù)錨桿間的間距為1000mm，采用加長(zhǎng)端頭錨固方式。頂錨桿和幫錨桿均采用樹(shù)脂藥卷進(jìn)行固定，不同的是定錨桿采用的兩種樹(shù)脂藥卷，規(guī)格分別為CK2350、Z2350;幫錨桿僅采用Z2350樹(shù)脂藥卷進(jìn)行固定。

2.2加強(qiáng)支護(hù)方案

為確?；夭晒ぷ髅骓槻蹏鷰r的支護(hù)效果能夠滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需求，針對(duì)F2406工作面增加錨索支護(hù)方案。

（1）頂板加強(qiáng)支護(hù)中，錨索的間距為3m，也就說(shuō)每3排錨桿布置一排錨索，并采用1根CK2350和2根Z2350樹(shù)脂藥卷對(duì)錨索進(jìn)行固定。

（2）所選用錨索的為鋼鉸線(xiàn)錨索，鋼鉸線(xiàn)的直徑為17.8mm，錨索的長(zhǎng)度為8m，要求錨索的預(yù)緊力不小于120kN。

3巷道圍巖支護(hù)效果模擬

為驗(yàn)證本文所提出支護(hù)方案的可行性，基于FLAC3D軟件對(duì)該支護(hù)方案下順槽巷道的變形情況進(jìn)行模擬分析

3.1模型的建立

為了確保能夠真實(shí)對(duì)該方案的支護(hù)效果進(jìn)行模擬分析，本文數(shù)值計(jì)算的變形采用大變形模式，建立模型的長(zhǎng)度為60m，寬度為40m，所搭建模型如圖2所示。

根據(jù)工作面實(shí)際載荷情況，對(duì)上述模型的側(cè)向2個(gè)面采用水平固定邊界進(jìn)行約束，模型底部采用垂直方向固定邊界進(jìn)行約束，模型根據(jù)上覆圍巖的自重施加載荷7MPa。

3.2支護(hù)方案模擬分析

將本文提出的支護(hù)方案應(yīng)用于F6204工作面中所得如圖3所示的支護(hù)示意圖。

3.3數(shù)值模擬結(jié)果分析

錨桿+錨索+H梁支護(hù)方案中錨索的變形及應(yīng)力示意圖。

分析圖4-7可知，錨桿、錨索的最大軸向力分別為160MPa、360MPa，且錨索、錨桿的最大軸向力分布于錨桿、錨索的自由段。經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算可得，錨桿和錨索的軸向位移分別為70mm、100mm。

分析圖8-9可知，H梁在巷道兩幫附近的剪應(yīng)力最大值為9MPa，頂板中點(diǎn)彎曲變形量比兩端下沉量大70mm。由于該巷道頂板圍巖的變形量在120mm以?xún)?nèi)，而實(shí)際支護(hù)效果可以控制在70mm以?xún)?nèi)。經(jīng)數(shù)值模擬分析，錨桿+H梁+錨索支護(hù)方案設(shè)計(jì)合理。

4總結(jié)

回采工作面為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵工作面，不同煤層、地質(zhì)以及水文條件下的順槽特征需有與其相匹配的支護(hù)方案為工作面穩(wěn)定、安全工作提供保障。針對(duì)我礦F6204回采工作面的特征，特?cái)M定錨桿+H梁+錨索的支護(hù)方案，并經(jīng)數(shù)值模擬得知該支護(hù)方案能夠有效提升煤層頂板的支護(hù)效果，進(jìn)而保證了巷道圍巖的整體性和穩(wěn)定性。

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