大断面切眼稳定性分析和支护研究

王 洋

（山西三元润凯煤矿工程有限公司，山西 长治 046000）

三元王庄煤业3043工作面切眼位于3042工作面东，北部、南部是实体煤。巷道埋深约138～223m，设计长度260m，一般选择锚网支护，巷道宽度8.5m，高度3.5m，净断面29.75m2。为做好大断面切眼的支护，运用FLAC3D数值模拟软件对大采高开采的大断面切眼稳定性进行了分析，选定了相应的支护方案。

1 大断面切眼的稳定性模拟分析

1.1 模拟工作面情况

模拟工作面长250m，煤层厚度5.2m，直接顶厚2.5m，基本顶10.2m,距地表50m，倾角1～3°（为了便于后续运算，对一部分顶板参数展开了修正）。基本顶以上为均布载荷，则：

将图1转化为相应的模型，结合之前获得的顶板岩层参数展开模拟，建立了如图2的计算模型。

图1 工作面布置示意图

图2 工作面模型示意图

1.2 大断面切眼的应力应变分析

（1）由图3开切眼所对应的垂直应力云图可知，开切眼后支架未支护以前，顶板和煤壁必然会承受较大的拉应力。因此一般情况下在开切眼之后，必须在较短的时间内采取合理的支护方式，并且支架安装速率也会对其破坏情况造成影响。

（2）结合图4可知：开切眼掘进结束之后的煤壁下沉速率，前方8m位置的下沉速度存在一个不断减速的过程，表明在运算顶板压力的时候，不可以把全部垂直应力都加载至煤壁；结合下沉量而言，下沉点的极限值处于煤壁内临近煤壁的位置。

表1 岩层力学参数

图3 开切眼的垂直应力云图

图4 开切眼后观测点的下沉图

2 大断面切眼支护设计

确定采用锚杆+金属网+钢筋梁+锚索补强联合支护方案。

（1）顶板支护

锚杆规格：选用M22-2400型Ф20mm高强左旋螺纹钢，长度2400mm。用K2335和Z2360两支锚固剂，锚固长度1200mm，钻孔直径30mm。金属托盘规格为150×150×10mm。

钢筋托梁规格：Ф16mm的钢筋焊接而成，宽度90mm，长度4000mm。

网片规格：经纬金属网网孔50×50mm，网片规格4800×1100mm，3700×1100mm，通过16#铅丝进行衔接，双丝紧扣，各孔进行紧密连接。

锚杆布置：每排锚杆设置9根，间距950mm。邻近帮的锚杆与巷帮的间距450mm。锚杆安装角度：与巷道彼此邻近的顶板锚杆安设角度20度，其他和顶板垂直。

锚索形式和规格：选用规格为Ф17.8mm，长度为8000mm的单绞线锚索，型号K2335和Z2360的两支锚固剂，锚固长度1800mm。

锚索布置：每排锚索设置3根，锚索间距离2200mm，在两边巷帮设置锚索时，锚索与其的间距为2050mm，配套300×300×16mm的金属托板。

（2）巷帮支护

锚杆方式和规格：选用长度1800mm的高强度左旋螺纹钢，锚杆截面Ф18mm，另外，杆体的杆尾螺纹为M20。用一支规格为Z2360的树脂锚固剂进行端部锚固。

钢筋托梁规格：选用长度3000mm、直径为Ф16mm的钢筋进行焊接而成的托梁，带宽90mm。配套150×150×10mm的托板。

网片规格：使用16#铅丝联接规格3200×1100mm的经纬金属网网片，网孔50×50mm。

锚杆布置情况：每排锚杆4根，间距900mm，起锚高度500mm，在邻近顶部锚杆与顶板间距300mm。锚杆角度：与顶板和底板邻近的锚杆20°打设，其他锚杆与煤壁垂直。

图5 3043大断面切眼锚网支护示意图

3 结语

运用FLAC3D数值模拟软件对大断面切眼稳定性进行了分析，设计了锚杆+金属网+钢筋梁+锚索补强联合支护方案，保障了大采高工作面切眼的稳定，为工作面顺利安装提供了可靠保障。