小窑破坏区复采综放面巷道支护方案研究

2018-12-05黄正军

山东煤炭科技 2018年1期

黄正军

（大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司,山西原平 034114）

关键字复采综放支护

小煤矿由于开采机械化水平低，开采后往往会有大量剩余资源[1]。小窑破坏区复采过程中，由于其破坏的无规则性，如果不正确支护可能会造成围岩变形破坏事故，对井下人员安全构成威胁，这就对回采巷道的支护提出了更高的要求[2-4]。如何在保证回采安全的前题条件下，尽量地提高小窑破坏区的复采效率是煤矿开采的一个重要问题。

本文通过对大同煤矿集团轩岗煤矿井下围岩条件进行研究，重点分析轩岗煤矿小窑破坏区回采巷道围岩的变化规律。采用数值模拟方法针对不同条件下围岩的破坏情况，选用不同的支护方法，通过分析比较确定了最佳支护方案。

1 概况

轩岗煤矿1203工作面开采2号煤层，巷道长1100m，切眼230m，煤层倾角约3～7°，工作面推进倾角为3～6°，煤层厚度平均6.6m，上分层高度2.2m，下分层为4.4m煤层，工作面涌水量较小，影响不大。此工作面区域开采时间距今较长，所以工作面顶板可能损坏，有的区域完好，所以应分开进行分析。

2 破坏区巷道围岩变形数值分析

2.1 模型建立

数值模拟分析采用FLAC3D进行，对没有支护情况下的回采巷道进行分析，研究围岩变形规律以及应力分布情况，建立实体煤层、顶板垮落、顶板未落三种状态下的巷道三维模型。模型尺寸为：长80m，宽30m，高60m。两侧为滑动支撑，底部为固定支撑。围岩块度根据其自身特征进行划分，如图1所示。

建立模型后，在模型中设置多个监测点，用以反映围岩位移及应力变化情况。通过模拟巷道开采过程，对应力进行相应计算。为了反映围岩变形规律，应设置多个不同变量以此进行分析。

图1 复采综放面回采巷道模型

2.2 顶板未垮落情况模拟分析

当巷道上分层顶板未垮落时，分别对顶煤厚度为0.5m、1.0m、1.5m的不同模型进行对比分析，巷道宽度5m，高度2.4m。顶煤厚度0.5m时巷道围岩变形模拟情况如图2所示。

图2 顶煤厚度0.5m时数值模拟

由图2所反映的围岩变化情况可以看出，当顶煤厚度为0.5m时围岩变形较为明显，最大应力以及顶板下沉量均为最大值；而当顶煤厚度增大时，巷道变形参数呈现逐渐变小趋势，巷道变形量降低，其顶板受力大，尖角处受力破坏严重，其余下沉量及底鼓量均保持不变。由此可以看出巷道破坏程度并不大，主要原因是顶板没有垮落，顶煤只承受重力。

2.3 顶板垮落情况模拟分析

针对巷道上分层顶板垮落情况，设置巷道宽度为5m，高度设为2.5m，分别对顶煤厚度为1.0m、1.5m、2.0m进行变形模拟分析。顶煤厚度1.0m时模拟结果如图3所示。

根据图3所示，当顶煤厚度为1.0m时，巷道围岩破坏程度较大，当顶煤厚度增大时，最大下沉量逐渐变小，两帮移近量逐渐增加，其余应力与底鼓量基本稳定。由此可以看出顶板和帮部变形明显，主要原因是顶板垮落造成顶板受力较大，变形严重。

图3 顶煤厚度1.0m时数值模拟

由以上模拟结果可以看出，未垮落的顶板存在安全隐患，有必要对其围岩进行控制，出现应力集中的区域应使用角锚杆来进行适当的调整。由于小窑破坏区域存在顶板垮落和未垮落两种情况，所以分情况、分区域对其进行巷道支护设计。

3 巷道支护方案设计

工作面巷道在开采过程中会受到很大的影响，设计的原则要承受动压，在开采挖掘后应能主动支护，保证巷道支护的强度情况下应尽量降低成本。针对1203巷道包含上分层顶板垮落和未垮落两种情况，巷道处于垮落区域时，顶板破坏严重，锚杆支护不能有效支护，可采用工字钢棚架支护；巷道处于顶板未垮落区域时，可以采用工字钢棚与锚杆支护协同支护，外加壁后充填的方式进行加固。

巷道处于垮落区域时，采用11#工字钢架棚支护，对顶煤厚度0.5m模拟情况如图4所示。巷道处于顶板未垮落区域时，采用11#工字钢架棚与锚杆协同支护，锚杆长度1500mm、间排距900mm×900mm，对顶煤厚度为1.0m模拟情况如图5所示。

由图4可以得出，采用工字钢棚支护，最大垂直位移为195.6mm，最大水平位移为127.8mm，能够达到支护要求。由图5可以得出，采用锚杆与工字钢棚共同支护，最大垂直位移为155.5mm，最大水平位移为105.4mm，满足支护要求。