余吾煤业高应力动压巷道支护技术应用

2018-06-12樊勇

山西煤炭 2018年3期

樊　勇

(山西西山煤电股份有限公司,太原 030053)

余吾煤业S2105、S2106工作面均采用双“U”型通风方式,其中2条为内圈巷道,即工作面上下顺槽,另外2条为外圈巷道,即工作面进风巷和瓦斯尾巷,用于排放瓦斯。然而中间巷道两侧工作面回采引起的高应力叠加导致巷道围岩应力重新分布,巷道围岩受此动态效应作用而处于极度不稳定状态,巷道围岩变形量大,维护工作十分困难[1]。

肺脓肿是因不同病原菌所引发的一种肺部化脓性炎症,组织破坏、坏死、液化等,经肉芽组织包绕产生脓肿,好发于伴基础疾病的体弱老年人或壮年男性[1]。患者的临床表现主要为咳嗽、咳痰且脓臭、高热等。为避免病情迁延加重,患者应尽早治疗,本文选取我院2015年2月-2017年10月之间收治的20例肺脓肿患者,对其临床治疗观察分析,具体情况如下。

1　S2105综放工作面概况

余吾煤业S2105工作面开采煤层为3号煤层,3号煤层位于二叠系山西组地层中部。3号煤平均容重1.39 t/m3,平均厚度5.35 m,赋存稳定。煤层倾角为0°～8.3°,平均倾角为2.5°。煤层夹矸为泥岩,煤层结构简单。

由S2105工作面内909钻孔资料可知:主要由砂质泥岩、粉砂岩组成了3号煤的直接顶,直接顶厚度4.31 m,含有大量的不完整植物化石；主要由粗粒砂岩组成了3号煤的基本顶,基本顶厚度7.65 m；主要由泥岩组成了3号煤的直接底,直接底厚度3.25 m；主要由粉砂岩组成了3号煤的基本底,基本底厚度7.0 m,含有大量的不完整植物化石。

由图5可知,随着锚杆排距的增大,围岩移近量也发生明显的上升趋势,排距从700 mm增加到1 000 mm,顶板移近量从120 mm增加到170 mm,左帮移近量从190 mm增加到250 mm,右帮锚杆从210 mm增加到250 mm,底鼓量从350 mm增加到550 mm,从经济和稳定性角度综合考虑,回风巷的锚杆排距确定为800 mm。

S2105瓦排巷为矩形断面,高3.2 m,宽4.8 m,断面积15.36 m2。本巷道北翼坡度较缓,为0.4°左右;南翼坡度较大,为3.2°～8.3°。背斜南翼长度为415 m,北翼长度为579 m,背斜轴部为巷道的最高点,底板标高为+488 m;二号回风下山为南翼的最低点,底板标高为+456 m;辅助切眼为北翼的最低点,底板标高为+484 m。最高点同最低点之间的高差为32 m。

S2105工作面回采后,S2105瓦排巷被留巷作S2106瓦排巷继续使用,S2106工作面采用“两进两回”的通风方式,距瓦排巷远离S2105工作面采空区一侧留窄煤柱掘进S2106工作面回风顺槽,回风顺槽为矩形断面:宽为4.8 m,高为3.6 m,断面积17.28 m2。图1为S2105、S2106工作面位置关系图。

2　合理煤柱宽度数值模拟分析

2.1　数值计算模型

图4为帮锚杆长度分别为2 200 mm、2 400 mm和2 600 mm时回风巷顶底和两帮移近量情况。

根据S2106工作面的实际生产地质条件,分析S2106工作面超前支承压力对回风顺槽的影响,建立沿煤层走向的物理模型,见图2。模型上边界通过施加均布载荷模拟上覆岩层,对四周四个面进行水平和垂直方向的约束。数值模拟模型确定合理的回风顺槽锚杆长度、锚杆间排距等支护参数。首先在锚杆间排距不变的情况下,分析不同锚杆长度对采空区段平巷表面位移的影响；其次在锚杆及锚固长度不变的情况下,分析不同间排距对采空区段平巷表面位移的影响；最后根据模拟结果确定巷道的支护参数，确定锚杆合理的间排距，确定锚杆数量和长度，确定回风顺槽与瓦排巷之间联络巷的支护参数[3]。

图2　沿煤层倾向的物理模型Fig.2　The physical model of inclination along the coal seam

S2106工作面回风顺槽的断面宽为4.8 m,高为3.6 m,锚杆间排距取值范围为700 mm×700 mm、800 mm×800 mm、900 mm×900 mm、1 000 mm×1 000 mm和1 100 mm×1 100 mm,锚杆长度取值范围为2 000 mm、2 200 mm、2 400 mm,锚杆直径22 mm,锚索长度取7.2 m,锚索直径18.9 mm。20 mm的无纵筋左旋螺纹钢高强度锚杆的主要力学性能如表1所示。

表1　Φ22 mm的无纵筋左旋螺纹钢高强度锚杆的主要力学性能Table 1　Main mechanical properties of high-strength bolt of left-handed twist threaded steel bars without longitudinal rib

2.2　锚杆支护参数优化

1)锚杆直径确定。回风巷与瓦排巷之间区段煤柱宽度为8 m,受S2105工作面回采影响,煤柱浅部出现一定程度的破坏,煤体强度降低，另外区段煤柱还要承受S2106工作面回采影响。为保持窄煤柱稳定,控制回风巷围岩变形,对支护强度提出了更高的要求。通过数值计算发现,锚杆直径为18 mm和20 mm时,对控制S2106变形的效果不大。综合考虑经济成本以及现场施工,锚杆直径为22 mm。

通过计算不同锚杆布置(左帮、顶板、右帮锚杆根数)454、464、565、575等四种布置方式对巷道稳定性的影响,得出S2106工作面回采期间回风巷表面位移情况，见图6。

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从图2中可以看出主固结在很短的时间内完成，模量在后续阶段内呈线性增长，因此Anderson等根据这一特性得到了描述模量随时间变化的公式：

分析图3可知,锚杆长度对顶板下沉及两帮移近的影响程度有所提高,锚杆长度由2 000 mm增加到2 400 mm时,顶板的下沉量发生显著的减小,减小了25%,从172 mm减小到128 mm,两帮移近量由565 mm减小到470 mm,减小了15%;锚杆长度由2 400 mm增加到2 600 mm时,顶板下沉量减小了10 mm,两帮移近量减小了18 mm。因此,确定回风巷的顶锚杆长度为2 400 mm。

图3　受采动影响后顶锚杆长度对围岩变形的影响Fig.3　Effects of bolt length of roof on surrounding rock deformation after mining

在回风巷与瓦排巷之间留大煤柱为8 m,在此条件下,巷道围岩应力分布与演化变得复杂,为保证回风巷在使用过程中少返修甚至不返修,需要在回风巷的原支护方案基础上确定合理的支护参数。S2106工作面回风巷收敛变形后不仅要满足自身服务要求,同时它的稳定影响回风巷一侧窄煤柱和S2105工作面瓦排巷的稳定,对S2106工作面回风巷进行合理支护有利于控制瓦排巷围岩变形,间接为瓦排巷的巷道维护提供支持[2]。

图4　受采动影响后帮锚杆长度对围岩变形的影响Fig.4　Effects of bolt length of two sides on surrounding rock deformation after mining

由数值计算结果可知,采用上述锚杆、锚索联合支护参数,S2106工作面回风巷留巷段经过本工作面回采后,巷道顶底板移近量为445 mm,两帮移近量365 mm,变形后巷道最小断面为13.6 m2,满足工作面后方需要的通风断面,可以正常使用。

3)间排距的分析。分析巷道的稳定性,锚杆间距太大时对围岩不能形成稳定的锚固区,不能形成稳定的承载结构来支撑巷道的稳定;间距太小则对经济造成了严重的浪费,并且减慢了巷道的掘进速度,增加了工人劳动强度和支护成本,因此合理的锚杆间排距发挥锚杆支护优势的关键因素[4]。

通过计算不同排距700 mm、800 mm、900 mm和1 000 mm对巷道稳定性的影响,分析在S2106工作面回采期间回风巷表面位移情况，见图5。

图5　锚杆排距对回风巷表面收敛的影响Fig.5　Effects of bolt layout intervals on surface convergence of air return gateway

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2)锚杆长度的选择。本区段煤柱宽度为8 m,选定顶锚杆、帮锚杆直径为22 mm,顶锚杆间排距为800 mm×800 mm,帮锚杆间排距为860 mm×800 mm。通过改变锚杆长度分析锚杆长度对回风巷围岩稳定性的影响,确定锚杆的合理长度。

图3为顶锚杆长度分别为2 000 mm、2 200 mm、2 400 mm和2 600 mm时回风巷顶底和两帮移近量情况。

图6　不同锚杆布置方式回采期间回风巷表面收敛情况Fig.6　Effects of bolt layout methods on surface convergence of air return gateway during mining

由图6可知,锚杆间距越小,对巷道围岩顶板的稳定性控制越好,即减小顶板和两帮锚杆间距,对控制围岩变形有利。但考虑到经济成本以及采矿效率,在保证巷道稳定的前提下,尽可能地减少锚杆数量。采用565的锚杆布置方式能有效控制围岩的变形,且锚杆支护密度较小。因此,综合分析,工作面回风巷的锚杆支护间排距选定为: 实体煤右帮800 mm×800 mm,顶板860 mm×800 mm,煤柱左帮800 mm×800 mm。

藤尾的父亲决定让甲野继承遗产，但对于藤尾来说是不公平的。藤尾毕竟是亲身的女儿，难以理解养子来继承遗产。受西洋文化影响的藤尾，出现了抵抗情绪也是合情合理的，另一方面，夏目漱石成了一个栩栩如生的藤尾母亲的形象。失去父亲的藤尾，母亲对藤尾的成长扮演着非常重要的角色。虽然甲野明确表示不继承这个遗产，但是藤尾的母亲却表示怀疑。她对女儿藤尾的婚姻横加干涉。

4)锚索支护。由于回风巷顶板采用的是长度2 400 mm的锚杆,小于顶煤的厚度,所以应加强锚索支护,将顶板岩层锚固到一起,稳定巷道围岩，且巷道断面较大，为4 800 mm×3 600 mm,S2106工作面采动支承压力较大,因此在回风巷中选择增加锚索支护加强锚固区范围,增加对巷道围岩的控制,充分发挥锚杆的优越性。锚索采用Φ183.9 mm、L8 300 mm钢绞线锚索,每排2根,间距1 600 mm,排距800 mm。

式中，ρave为销蚀碎片形成的圆管的平均密度；Rm为弹体蘑菇头半径；r0为弹体初始半径。Rm与r0之比为[22]

与顶锚杆影响规律基本相似,顶底板与两帮移近量都会随着帮锚杆长度的增加出现移近量的降低,并且帮锚杆对底鼓的控制作用更加显著。帮锚杆由2 200 mm增加到2 600 mm后,底鼓量由508 mm降低到423 mm,减小了16.7%,由此可知,巷道两帮的锚固范围由于有偏向底板的分支,对底鼓也有一定的控制作用,且不仅对巷道两帮围岩的稳定性有控制作用,对巷道底板的变形也有非常大的作用。因此,确定回风巷的帮锚杆长度为2 400 mm。