琚 偉

(山西晉煤集團(tuán) 晉圣礦業(yè)投資有限公司，山西 晉城 048000)

隨著煤礦開(kāi)采設(shè)備的不斷更新，各種大型設(shè)備的出現(xiàn)對(duì)礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效起到了一定的促進(jìn)作用[1-2].但是在大型設(shè)備的運(yùn)輸過(guò)程中，要求工作面回采巷道的斷面不斷增加，給巷道支護(hù)帶來(lái)了一定的困難[3].巷道斷面增大，圍巖應(yīng)力也隨之增加，工作面回采過(guò)程中受到采動(dòng)的影響，常出現(xiàn)頂板、兩幫變形，錨桿、錨索失效的現(xiàn)象，給巷道維護(hù)提出了更高的要求[4-5].晉圣億欣煤業(yè)XV1206工作面輔運(yùn)巷屬大斷面巷道，回采過(guò)程中受到的采動(dòng)影響較大，為了保證巷道圍巖穩(wěn)定性，采用數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法確定合理的支護(hù)方案，以保證礦井的安全生產(chǎn)。

1 工程概況

XV1206工作面位于晉圣億欣煤業(yè)10#煤層2盤(pán)區(qū)，煤層平均厚度4.0 m，工作面傾角2°～9°，平均3°，采用長(zhǎng)壁式采煤方法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。XV1206工作面頂?shù)装鍘r層柱狀圖見(jiàn)圖1，基本頂為細(xì)砂巖，厚8.9～16.36 m，平均12.2 m；直接頂為1.7～8.9 m的砂質(zhì)泥巖，平均厚度4.5 m，直接底為鋁土泥巖，厚1.8 m.

圖1 XV1206工作面頂?shù)装鍘r層柱狀圖

XV1206工作面輔運(yùn)巷尺寸為5.1 m×4.0 m，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2，采用“錨桿+錨索+鋼帶”聯(lián)合支護(hù)，其中頂板布置6根型號(hào)為BHRB400的錨桿，長(zhǎng)度2 300 mm，錨桿間距940 mm，排距1 000 mm，邊錨桿距巷幫200 mm，并要求向巷幫側(cè)傾斜20°.頂部布置3排d17.8 mm，長(zhǎng)度6 200 mm錨索，間距1 410 mm，距巷幫1 140 mm，排距2 000 mm.錨索下方設(shè)置W鋼帶。巷道回采幫采用MGSL18/18F玻璃鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度1 600 mm，間排距900 mm，排距1 000 mm，最上一個(gè)錨桿距離頂板200 mm，并要求向頂板側(cè)傾斜20°；巷道煤柱幫采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，型號(hào)為HHRB400，錨桿長(zhǎng)度1 600 mm，間距900 mm，排距1 000 mm，最上一個(gè)錨桿距離頂板200 mm，并要求向頂板側(cè)傾斜20°.

圖2 XV1206工作面輔運(yùn)巷支護(hù)設(shè)計(jì)圖

2 數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模型的建立

采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)XV1206工作面輔運(yùn)巷“錨桿+錨索+鋼帶”聯(lián)合支護(hù)條件下，巷道圍巖破壞情況及變形量進(jìn)行分析。巷道圍巖主要力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1.建立模型為彈塑性材料，運(yùn)用Mohr-Coulomb 屈服準(zhǔn)則判斷巖體的破壞。模型沿工作面推進(jìn)方向始末各留設(shè)20 m煤柱，推進(jìn)100 m；模擬工作面長(zhǎng)度80 m，運(yùn)輸巷及輔運(yùn)巷寬度5.1 m，輔運(yùn)巷兩幫各留設(shè)15 m煤柱；巷道底板厚度1.8 m，煤厚4.0 m，直接頂厚度4.5 m，基本頂厚度12.2 m，頂板巖層30 m，即模型尺寸長(zhǎng)140 m×寬120.2 m×高52.5 m.模型網(wǎng)格劃分按0.5 m×0.5 m進(jìn)行。在模型中布置測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)巷道圍巖隨工作面掘進(jìn)的破壞情況及巷道圍巖移近量隨工作面掘進(jìn)變形特征，數(shù)值模型尺寸、網(wǎng)絡(luò)劃分及邊界條件見(jiàn)圖3.

2.2 模擬結(jié)果分析

XV1206輔運(yùn)巷圍巖隨工作面不斷推進(jìn)屈服破壞特征見(jiàn)圖4.由圖4可以看出，隨著工作面不斷推進(jìn)，巷道破壞逐漸嚴(yán)重，當(dāng)工作面推進(jìn)80 m后，巷道已經(jīng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，工作面持續(xù)推進(jìn)對(duì)于巷道圍巖移近量影響降低。工作面推進(jìn)80 m時(shí)，巷道頂板最大破壞深度1.5 m，兩幫最大破壞深度1.5 m，底板最大破壞深度2.5 m.底板破壞嚴(yán)重，原因?yàn)榈装鍨殇X土泥巖，遇水容易膨脹，加劇了巷道底板破壞，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要注意加強(qiáng)底板維護(hù)管理，做好工作面水的管控，必要時(shí)對(duì)底板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

表1 巷道圍巖主要力學(xué)參數(shù)表

圖3 模型的幾何尺寸、網(wǎng)格劃分及邊界條件圖

圖4 工作面推進(jìn)不同距離時(shí)巷道圍巖屈服破壞特征圖

巷道圍巖移近量隨工作面推進(jìn)的變化見(jiàn)圖5.由圖5可知，隨著工作面不斷推進(jìn)，巷道圍巖移近量也在逐漸增加，當(dāng)工作面推進(jìn)80 m后，巷道圍巖已經(jīng)趨于穩(wěn)定，工作面持續(xù)推進(jìn)對(duì)于巷道圍巖移近量變化不大，與圍巖屈服破壞結(jié)果一致。頂板移近量穩(wěn)定在82 mm左右，底板移近量穩(wěn)定在95 mm左右，左幫移近量穩(wěn)定在66 mm左右，右?guī)鸵平糠€(wěn)定在63 mm左右。巷道表面圍巖移近量總體呈：底板>頂板>回采幫>非回采幫。

圖5 距巷道表面不同距離處圍巖移近量圖

通過(guò)以上分析可知，在XV1206工作面輔運(yùn)巷采用“錨桿+錨索+鋼帶”聯(lián)合支護(hù)，工作面推進(jìn)0～80 m巷道圍巖不穩(wěn)定，頂?shù)装寮皟蓭鸵平砍掷m(xù)變化；當(dāng)工作面推進(jìn)到80 m后，巷道頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在177 mm左右，兩幫移近量穩(wěn)定在129 mm左右，圍巖變形量小?？梢?jiàn)，在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)中采用“錨桿+錨索+鋼帶”的聯(lián)合支護(hù)方案能夠有效地控制圍巖變形量，保證巷道的穩(wěn)定性。

3 工程實(shí)踐

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案

為了進(jìn)一步驗(yàn)證聯(lián)合支護(hù)條件下巷道圍巖穩(wěn)定性，采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測(cè)圍巖移近量，見(jiàn)圖6，在頂、底板中點(diǎn)垂直方向和兩幫腰部水平方向鉆d28 mm、深400 mm的孔，將長(zhǎng)420 mm的短錨桿打入孔中，并在短錨桿上固定掛鉤或吊環(huán)。分別在XV1206輔運(yùn)巷距離切眼5 m、10 m、20 m、40 m處布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行圍巖監(jiān)測(cè)，編號(hào)為1#—4#.測(cè)量各測(cè)點(diǎn)頂?shù)装寮皟蓭臀灰圃诠ぷ髅嫱七^(guò)后隨時(shí)間的變化規(guī)律。工作面推過(guò)后前10天，每天對(duì)各測(cè)點(diǎn)圍巖移近量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，10天后每周對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖6 巷道表面圍巖移近量監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)巷道圍巖移近量隨時(shí)間推移的變化曲線分別見(jiàn)圖7，8.由圖7、8可以看出，隨著時(shí)間的推移，巷道頂?shù)装?、兩幫移近量在不斷增加，增加幅度逐漸減小。1#、2#、3#、4#測(cè)點(diǎn)在60天以后頂?shù)装逡平考s分別穩(wěn)定在148 mm、149 mm、146 mm、152 mm，各測(cè)點(diǎn)頂?shù)装迤骄平糠€(wěn)定在148.8 mm.

圖7 巷道頂?shù)装逡平侩S時(shí)間變化規(guī)律圖

圖8 巷道兩幫移近量隨時(shí)間變化規(guī)律圖

1#、2#、3#、4#測(cè)點(diǎn)在60天以后兩幫移近量約分別穩(wěn)定在126 mm、129 mm、141 mm、142 mm，各測(cè)點(diǎn)兩幫平均移近量穩(wěn)定在134.5 mm.

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)XV1206輔運(yùn)巷圍巖移近量監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相近，巷道整體處于穩(wěn)定狀態(tài)?？梢?jiàn)，采用 “錨桿+錨索+鋼帶”的聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)于保證XV1206工作面輔運(yùn)巷圍巖穩(wěn)定性效果顯著。

4 結(jié) 論

1)采用FLAC3D數(shù)值模擬方法對(duì)XV1206工作面輔運(yùn)巷圍巖移近量進(jìn)行分析，在“錨桿+錨索+鋼帶”的聯(lián)合條件下，工作面推進(jìn)0～80 m過(guò)程中巷道圍巖不穩(wěn)定，頂?shù)装寮皟蓭统掷m(xù)變化，當(dāng)工作面推進(jìn)到80 m后，頂?shù)装鍑鷰r移近量穩(wěn)定在177 mm左右，兩幫移近量穩(wěn)定在129 mm左右。

2)當(dāng)工作面推進(jìn)80 m后，底板最大破壞深度達(dá)2.5 m，底板破壞嚴(yán)重，原因?yàn)榈装鍨殇X土泥巖，遇水容易膨脹，加劇巷道底板破壞。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要注意加強(qiáng)底板維護(hù)管理，必要時(shí)要對(duì)底板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

3)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巷道圍巖移近量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在148.8 mm左右，兩幫移近量穩(wěn)定在134.5 mm左右，與數(shù)值模擬結(jié)果相近。

4)結(jié)合數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，采用 “錨桿+錨索+鋼帶”的聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)于保證XV1206工作面輔運(yùn)巷圍巖穩(wěn)定性效果顯著，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要做好工作面水的管控。