大采深软巷综放顺槽支护优化技术的应用

大采深软巷综放顺槽支护优化技术的应用

王勇梁勇丁永友

山东能源枣矿集团田陈煤矿山东滕州277523

摘要：本文以田陈煤矿3下7112运输巷为工程背景，通过运用工程类比法、理论计算、FLAC3D软件数值模拟等方法对田陈煤矿深部软巷综放支护参数进行了优化，并在保证支护效果的前提下制定出巷道快速掘进的方案，解决由于托顶煤顺槽顶板破碎而导致的巷道支护难度大、掘进速度慢以及工作面接续紧张等问题。

关键词：深井；软巷综放；支护优化

1概况

枣矿集团田陈煤矿主要采区位于矿区北部，主要采区埋深达700～800m，煤层厚度5～8m，地质构造复杂，托顶煤顺槽顶板破碎，并有动力显示。田陈煤矿3下7112运输巷位于七一西翼皮带上山右侧，沿3下煤层底板掘进，煤层稳定，厚度为5.0～8.6m，平均6.5m，f=2；煤层倾角5～15°，巷道设计长度1200m。根据钻眼勘探，煤层结构简单，局部含一层泥岩夹矸，厚度0～0.5m，f=2。工作面总体呈单斜构造形态，在走向方向上略有起伏，次生裂隙较发育，应加强顶板管理，保证巷道支护强度。

2锚杆、锚索布置支护方式

田陈煤矿3下7112运输巷道为矩形断面，其净宽为4000mm，净高为3200mm。煤矿根据工程类比法，设计采用锚网＋钢梯（钢带）＋锚索联合支护的形式。3下7112运输巷断面及永久支护方式如图1所示。

2.1锚杆布置方式

巷道在正常掘进期间，循环进尺2000mm，每循环布置2排锚杆，锚杆排距为1000mm；过断层等地质构造带，围岩应力集中地段，锚杆排距为900mm。顶锚杆每排布置5根，帮锚杆每排每帮布置4根，顶锚杆间距均为900mm、帮锚杆间距为1100mm；过断层等地质构造带、围岩应力集中地段期间，循环进尺900mm，每循环布置1排锚杆。顶部采用Φ20×2600mm无纵肋螺纹钢式树脂锚杆，每孔使用2支K2535型树脂锚固剂；帮部采用Φ18×2400mm的全螺纹钢树脂锚杆，每孔使用2支K2835型树脂锚固剂。

2.2锚索布置方式

巷道跟煤层顶板掘进期间，顶板锚杆能够锚入砂岩1m以上时，可以不使用锚索；当伪顶大于1.4m，小于3.0m时，顶板锚杆锚入砂岩达不到1m时，该巷道顶板打设锚索加强支护。锚索选用Φ17.8mm高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具，托盘：为Q235A钢板加工制作的M型专用托盘，其长度为200mm，托盘中孔径为18mm。锚索长度确保锚固到稳定岩层中的长度不小于1.0m。

图13下7112运输巷断面及永久支护图

3巷道支护参数优化

软件FLAC3D（FastLagrangianAnalysisofContinua）是二维的有限差分程序FLAC2D的拓展，它可以研究巷道围岩中的应力分布状态以及锚杆支护参数与巷道围岩变形之间的关系等。另外，FLAC3D中含有的界面单元可以模拟岩层中不连续面，如断层、节理和层理等滑动和离层；FLAC3D中含有梁、锚杆、桩及支柱单元，可以模拟各种支护构件，其中锚杆单元为一维轴向单元，在一定的拉力作用下会屈服，锚杆的锚固方式可以是端锚、全长锚固或任意长度锚固，该单元还可以施加预紧力，很适合锚杆支护的研究。

巷道支护参数主要包括锚杆（索）长度、直径、间排距、锚杆（索）预应力等，由于支护参数的不同，其支护效果也不尽相同。本节在原有巷道支护方式的基础上，通过调整锚杆及锚索的排距，制定了五种不同方案，采用FLAC3D数值分析软件对各种方案的支护效果进行模拟，比对各个方案对巷道围岩变形的影响。在保证支护效果的同时最大限度的扩大锚杆排距，减少工作量，提高巷道掘进速度，改善巷道支护效果。

3.1锚杆长度的确定

按照悬吊理论确定锚杆长度，其公式为

L=KH+L1+L2

通过计算可知，施工时顶部采用Φ20×2600mm无纵肋螺纹钢式树脂锚杆，帮部采用Φ18×2400mm的全螺纹钢树脂锚杆能够满足设计要求。本论文拟在保证锚杆长度不变的情况下对锚杆排距做进一步优化。

3.2锚杆间排距优化

根据田陈煤矿巷道支护实际情况，在保持锚杆间距不变的基础上，选择1.0m，1.1m，1.2m，1.3m，1.4m五种排距方案，分别建立实验模型，根据数值模拟的计算结果，以巷道顶底板移近量、两帮移近量以及围岩塑性区分布为评价指标，采用方案比较法选出在支护效果上、成本上、掘进速度上最优的锚杆排距方案。

3.2.1顶底板及两帮移近量分析

巷道掘进后，巷道顶底板及两帮会产生一定程度的变形，经过模拟，得到了各方案在掘进期间巷道变形量曲线。

3.2.2巷道围岩塑性区分布

巷道掘进后，巷道围岩应力重新分布，由于巷道顶底板及两帮均为实体煤，因此比较容易发生塑性破坏，各方案支护下巷道围岩塑性区分布。在巷道掘进期间，各方案支护下巷道围岩均产生了塑性破坏，破坏形式以剪切破坏和拉伸破坏为主。对比可以看出，排距为1.0m、1.1m时，巷道围岩塑性区分布范围较小，其顶底板塑性区为0.5m左右，两帮在1.5m左右，塑性区在支护范围内；当锚杆排距为1.2m、1.3m、1.4m时，巷道围岩塑性区分布进一步扩大，已经超出支护范围，巷道变形严重。由此可知，当锚杆排距为1.0m、1.1m时，其巷道围岩塑性区范围较小，符合支护要求。

数值模拟实验结果表明：锚杆排距为1.0m、1.1m时，巷道变形较小，巷道围岩塑性区分布范围较小，符合巷道支护要求。综合考虑支护成本、掘进速度、接续紧张等因素，锚杆排距1.1m为最优方案。

4结语

（1）根据田陈煤矿深井软弱综放顺槽的地质条件，在原锚网＋钢梯（钢带）＋锚索联合支护方式的基础上，采用悬吊理论公式计算锚杆长度为1.7m，施工时顶部采用2.6m，帮部2.4m。

（2）在田陈煤矿3下7112运输巷现支护条件下，对巷道支护参数优化，改变锚杆排距，制定了1.0m，1.1m，1.2m，1.3m，1.4m五种排距方案。

（3）利用FLAC3D数值模拟分析软件对五种方案进行模拟，当锚杆排距1.0m、1.1m时，其顶底板移近量与两帮移近量略有增加，巷道围岩塑性区分布范围较小，巷道围岩变形控制效果较好；当锚杆排距1.2m、1.3m、1.4m时，其巷道顶底板移近量与两帮移近量突然增大，巷道围岩塑性区分布显著增大，超出支护范围，巷道变形严重。综合各影响因素分析，锚杆排距1.1m为最优方案。

参考文献：

[1]宋宏伟.井巷工程[M].煤炭工业出版社，2007;

[2]谭云亮.矿山压力与岩层控制[M].煤炭工业出版社，2008.2;

[3]高法民，李廷文等.深井复合顶板动显综放巷道组合支护技术[J].煤炭工程，2008.2;

[4]徐亚民.厚煤层沿空动压巷道锚网支护技术[J].煤矿安全，2013.09。

作者简介：

王勇，（1977年-），男山东省滕州人，大学，助理工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作。现任田陈煤矿调度室科员

梁勇(1976一)，男，山东枣庄人，大学文化，助理工程师，主要从事煤矿通风防尘管理工作，现任山东能源枣矿集团公司田陈煤矿通风工区区长。

丁永友(1975-)，男，山东滕州人，大学文化，助理工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作，现任山东能源枣矿集团公司田陈煤矿安监处副处长。