寺河煤矿二号井注浆锚索支护的模拟研究

2018-07-30苏育蛟

陕西煤炭 2018年3期

苏育蛟

(山西晋城煤业集团寺河煤矿二号井，山西晋城 048019)

0 引言

巷道软岩支护是目前的一大难题，文中参考国内外专家提出的矿井软岩支护技术，采用注浆锚索支护工艺，解决了寺河煤矿二号井15#煤运输大巷软岩支护问题。这种方法安全性高，成本低，巷道稳定，不易变形。

寺河煤矿二号井15#煤运输大巷沿煤层底板布置，底板为铝质泥岩。15#煤层在开采的过程中受底板软岩影响较大，具体表现在采区轨道运输大巷、胶带运输大巷和采区回风巷受工作面采动影响，巷道底鼓，变形严重，支护十分困难。该区域15#煤层总体稳定，中部局部有平均0.05 m厚的夹矸，条带状层理，节理发育，硬度为2～3。

1 支护方案研究

基于巷道支护稳定性的控制方法选择，结合15#煤运输大巷工程地质环境特征及地应力等条件，选择注浆锚索支护方法，解决巷道软岩支护问题，如图1所示。

图1 锚索支护断面图

注浆管：标准注浆管长度过短，需要在原来2 m长度的基础上加工为8 m。但电焊加工的过程中，会因注浆管的管壁较薄而出现管壁破损的现象，所以可以通过用报废的水针外套做帮条加强管壁的厚度，防止破损，从而使注浆管顺利完成注浆。

注浆材料：支护过程中所选用的材料是水泥浆，其主要是由一体积的水泥和三体积的水所构成的。

2 运输大巷模拟分析

2.1 巷道模型的构建

为研究寺河煤矿二号井西区巷道的整个变形过程，利用FLAC3D软件构建出巷道的支护模型，将运输大巷发生变形的整个过程通过软件模拟出来。在模拟过程中，设置的注浆锚索支护的每排之间的距离为1 200 mm，整个巷道模拟范围长为40 m、宽4 m、高3 m。对此模型的初始条件进行设置，将巷道底部固定住，防止侧面向水平方向偏移，在垂直方向施加大约15 MPa的荷载，通过CABLE单元对注浆锚索进行模拟分析，工程地质模型图如图2所示。

图2 工程地质模型

2.2 井巷应力场的分析

注浆锚索支护应力场如图3所示。

a-水平应力场分布;b-垂直应力场分布图3 工程地质模型

由上述模拟结果可以得出，运输大巷采用注浆锚索支护方法后，整个巷道的稳定性有明显的改善，围岩强度增强。底板的水平和垂直应力集中区域和原来相比面积变小，矿井巷道两帮所受力均衡，巷道底板的围岩受力也减小。

2.3 井巷位移场的分析

注浆锚索支护位移场如图4所示。

通过模拟发现，巷道变形程度与没有采用锚索支护相比大为减小。一方面从井巷左右两帮的变化情况来看，其收缩量达到极限状态也仅仅为120 mm和130 mm;另一方面从巷道顶板沉降和底板底鼓的变化幅度可看出其数值分别为135 mm和100 mm。因此，如果采用恒定的支撑力且变形较大的锚索作为其支护的主体，既可以使巷道的变形程度降低，又可以减轻水平应力的作用，使得巷道整体的变形得到有效控制，即使发生变形，变形程度也在可接受的范围内。综上所述，采用注浆锚索支护可以降低并控制巷道变形的程度，使得巷道的支护更加稳定。

3 支护效果分析

通过在15#煤运输大巷约50 m以及在其前方大约15 m范围内布置6组不同的测点，观测检验巷道注浆锚索的支护效果。其中有4组测站点布置在巷道的支护段之中，另有2组布置在一般的支护段中，最后根据6组测站点来检测其支护效果。

a-水平位移场分布;b-垂直位移场分布图4 位移场图

3.1 测点布置

对50 m巷道进行注浆锚索支护，同时在支护地点位置前方15 m内设置监测点，如图5所示。

3.2 巷道表面位移监测

监测结果如图6所示。

图5 运输大巷测站布置图

a-A测站；b-B测站；c-C测站；d-D测站；e-E测站；f-F测站图6 各监测点U-T变化曲线

通过监测结果数据可以得出：一方面采用普通锚索支护的巷道，在支护初期其变形幅度大，远远超出了注浆锚索支护的变形程度；另一方面普通锚索支护下的巷道顶板和底板变化率大约在1.6～2.2 mm/d的数值范围内，注浆锚索支护下的顶板和底板的变化率大约是1.08～1.28 mm/d。同时通过观察发现普通锚网索支护对于巷道的变形不能完全适应，但注浆锚索支护对于巷道的持续性变形能够很好地适应，因此在选择巷道支护方法的过程中，应更多地考虑注浆锚索的支护方法。