中能煤业2038 回风顺槽掘进遇破碎顶板综合支护技术研究

2022-05-16任红伟

山东煤炭科技 2022年4期

任红伟

（长治三元中能煤业有限公司，山西长治 046000）

巷道破碎顶板的支护一直是生产过程中的难题，如果支护不当容易发生安全事故，造成严重的损失[1-3]。因此，对于破碎顶板的巷道掘进后，尤其是在受动压影响严重的迎头附近，必须在采用合理的支护措施下，才能进行继续施工[4-6]。中能煤业2038 回风顺槽为软岩顶板，掘进期间受2306 工作面回采动压影响，顶板破碎，需要进行支护优化和加强。

1 概况

2308 回风顺槽位于二采区，工作面标高+410～+450 m，在西翼皮带大巷西端开口，以270°方位掘进881.4 m 后，再以184°50′掘进798.9 m。南距2306 回风顺槽446.3 m，东距2306 工作面采空区（2306 回风顺槽）37.8 m，西、北均为实体煤。巷道沿3#煤层掘进，煤层均厚4.65 m。煤层直接顶主要由泥岩和砂质泥岩构成，岩层强度低，受动压影响顶板易破碎。结合软岩顶板和相邻顺槽顶板下沉情况，预计在迎头50 m 范围内为动压影响区，顶板下沉量大，见表1。

2 支护设计

2308 回风顺槽在动压影响区顶板下沉量大，需要对支护参数进行优化。通过分析顶板煤岩体下沉量，设计了5 种锚网索支护参数。不同支护方案的参数见表2。

表2 不同方案支护参数表

3 不同支护方案的数值模拟

3.1 模拟方案

2308 回风顺槽设计了5 种不同支护方案，通过FLAC3D模拟不同方案下围岩变形情况，确定最优支护参数。建立150 m×50 m×80 m 的力学模型，材料参数见表3。

表3 2308 回风顺槽材料参数

3.2 模拟结果分析

（1）顶板无支护围岩变形

2308 回风顺槽掘进后，受顶板软岩影响，如果不对顶板进行支护，迎头附近受动压影响会发生较大变形，甚至会出现破碎垮落。2308 回风顺槽掘进后未支护围岩变形情况如图1。

图1 2308 回风顺槽无支护位移图

由图1 分析可知，2308 回风顺槽掘进后若不进行支护，迎头前50 m 范围会出现较大变形，顶板最大下沉量达到180 mm，严重影响顶板的完整性和安全性。两帮和底板最大变形量分别为41 mm、22 mm，相对顶板变形较小，因为两帮和底板处于应力降低区，受动压影响相对顶板较小。

（2）不同支护方案围岩变形

根据设计的5 种不同支护方案，通过模拟得到不同方案围岩变形量，确定最优支护参数。2308 回风顺槽掘进不同支护方案围岩变形情况见表4。

表4 2308 回风顺槽不同支护方案围岩变形

由表4 可知，2308 回风顺槽分别采用5 种不同支护方案后，顶板下沉量均出现大幅度减小。通过对方案进行具体分析可知，方案1、2 顶板下沉量比方案3 分别减小20.7 mm、24.7 mm；方案1、2两帮和底板变形量比未支护情况下均减小10 mm 以上，而方案3 基本无变化。巷道顶板支护后变形量会逐渐变小，在稳定状态下会达到最大值，方案1、2、3 顶板稳定时最大变形量分别为120 mm、118 mm、138 mm。同时，方案1、2 围岩变形达到稳定状态的时间小于方案3。因此，2308 回风顺槽掘进后顶板采用方案1、2支护效果比方案3更优。方案1、2 支护效果基本相同，方案2 顶帮锚杆的间排距大，采用锚杆数量更少，矿井的经济效果更优。

方案2、4、5 锚杆的参数相同，锚索的长度不同，分别为9 m、8.5 m、8 m。3 种不同方案支护后，顶板稳定时最大变形量分别为120 mm、117 mm、117.5 mm。方案4、5 相对方案3 顶板下沉量更小，而方案5 锚索长度比方案4 更短。结合控制顶板变形和经济效益，2308 回风顺槽采用方案5 支护效果更优。