采动影响下巷道围岩变形特征及支护技术研究

2013-12-23张立红

山西煤炭 2013年3期

张立红

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西阳泉 045000）

工作面顺槽巷道围岩的稳定性是保证煤矿安全生产的关键。顺槽巷道围岩变形，一般经历五个阶段[1]：巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段、采动影响阶段、采动稳定影响阶段、二次采动影响阶段。对顺槽巷道围岩稳定性影响最大的因素，是工作面回采对巷道的动压影响[2]；因此，研究采动影响下巷道围岩变形特征和相关锚杆支护参数非常必要[3,4]。

目前华润煤业准备回采205工作面，根据采掘接替安排，开掘205运输顺槽是沿3号煤层底板布置，3号煤层平均厚度6.1m，平均埋深200m，巷道布置见图1。

图1 205工作面巷道布置图

1 205运输顺槽顶底板岩石力学参数

依据岩石力学实验室测得205运输顺槽顶底板岩石力学参数，如表1所示。

2 205运输顺槽数值模拟模型及模拟方案

1）205运输顺槽模型：采用FLAC-3D数值模拟软件进行，运输顺槽开挖前，先计算原始地应力；模拟开挖时，将其初始地应力作为重力荷载施加。205运输顺槽宽3.5m、高2.6m、工作面长80 m。矩形巷道，数值模拟时，沿205工作面对称线取一半，工作面推进100m。工作面顺槽模型尺寸，见图2。

表1 岩石力学参数

图2 工作面顺槽模型

2）工作面顺槽模拟方案：矩形巷道的高度2 600 mm、宽度3 500 mm，巷道围岩完整性较好，但属于全煤巷，煤质较软。根据华润煤矿的地质力学条件，采用工程类比并结合数值模拟，排除不合理的支护方案，最终选定本次数值模拟的方案：顶板4根锚杆，长度2400mm，间排距1 000 mm×900 mm；两帮各布置3根锚杆，长度2 200 mm，间排距1 000 mm×900 mm；锚索采用“隔排”布置，间距1 600 mm，排距1 800 mm。

3 205运输顺槽数值模拟分析

1）205工作面采动对巷道围岩稳定性的影响[5]：运输顺槽建模时，在回风顺槽布置一测点，图3为205回采工作面距测点90 m、20 m、10 m、0 m时，巷道围岩屈服破坏情况。由图3-a，距测点90 m时，运输顺槽未受任何采动影响，顶板锚索最大轴力182 kN，是锚索破断载荷360 kN的50.6%，巷道稳定完整。由图3-b，距测点20m时，运输顺槽围岩破坏深度增加，破坏区域主要位于工作帮上部，顶板锚索最大轴力182.4 kN，是锚索破断载荷360kN的50.8%，巷道开始进入采动影响状态。由图3-c，距测点10 m时，运输顺槽围岩破坏深度进一步增加，达到了锚杆的锚固区域，顶板锚索最大轴力188 kN，是锚索破断载荷360 kN的52.2%。由图3-d，距测点0 m时，运输顺槽围岩几乎完全破坏，破坏深度超出了锚杆的锚固区域，顶板锚索最大轴力190 kN，是锚索破断载荷360kN的52.8%，巷道工作帮侧顶板完全破坏。

图3 超前工作面煤壁不同距离处顺槽围岩屈服破坏

3）表2为顺槽顶底板、两帮移近量和锚杆、锚索锚固范围内顶板离层值，随测点至工作面煤壁距离变化的计算结果。由图4和图5看出，205工作面距测点30 m时，顺槽顶底板、两帮移近量开始增加，此时顺槽处于工作面采动影响范围之内，但移近量较小；但从前述分析结果看出205工作面距测点30m时，巷道围岩仍处于稳定状态。由图6、图7、图8看出，205工作面距测点30m时，顶板锚杆锚固范围离层量、锚索锚固范围离层量锚固范围内总离层量开始增大，但数值较小，巷道处于稳定状态。205工作面距测点20m时，顶板锚杆锚固范围离层量、锚索锚固范围离层量锚固范围内总离层量开始明显增大，且数值较大，巷道处于不稳定状态；此时应对205工作面运输顺槽顶板进行超前加强支护，以确保工作面安全生产。