盛鑫矿回采巷道围岩变形特征及支护技术研究

2022-05-23李成章

煤炭与化工 2022年4期

李成章

（鄂尔多斯市盛鑫煤业有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

0 引言

回采巷道的掘进与支护是矿山建设过程中量大、面广的工程[1]，巷道的稳定性状况取决于围岩的地质力学条件、采掘技术条件以及支护条件等[2]。长期以来，回采巷道支护技术一直是专家学者致力解决的顽疾难题，其目的是为了保证巷道的正常使用，实现工作面安全回采[3-5]。

郭伟针对高应力回采巷道底鼓治理难题，依据回采巷道赋存地质条件，研究了巷道底鼓治理技术并用于工程实践[6]；高凤伟针对回采巷道软岩复合顶板、断面大、地应力高以及回采期间巷道剧烈变形等控制难点，提出了全断面高预紧力高强锚索支护技术[7]；董超伟等研究了分叉煤层下分层回采巷道的合理布置方式，分析了5 类回采巷道布置的围岩变形特征[8]；张艳丽等对重复采动条件下急倾斜煤层回采巷道变形破坏特征进行了分析研究[9]；曹光明等探究了巨厚砾岩下回采巷道冲击破坏机理，分析了回采巷道围岩区域主应力场分布特征[10]。

以上述研究为基础，本文以盛鑫煤矿42201运输顺槽为工程背景，采用FLAC3D 数值分析软件，探究其巷道围岩塑性区分布及应力相应特征，进而针对性地提出“菱形金属网+ 螺纹钢锚杆＋钢筋梯子梁＋锚索”的联合支护技术，并进行现场矿压监测。

1 工程概况

盛鑫矿42201 运输顺槽埋深约100 m，用于42201 工作面回采，巷道宽4.5 m，高2.6 m。42201运输顺槽北部为42201 回采工作面，南部为42104工作面采空区，西部以井田边界为界，东部为4-2中煤二盘区辅运大巷。顺槽所在煤层平均厚度为2.45 m，煤层倾角0～3°，为近水平煤层。煤层结构简单，一般为单一煤层，局部含一层夹矸。巷道岩层柱状图如图1 所示。

图1 工作面煤岩层柱状图Fig.1 Column diagram of coal and rock strata in working face

2 巷道围岩变形规律

2.1 模型建立

采用FLAC3D 建立42201 运输顺槽数值模型（长×宽×高=160 m×100 m×70 m），模型采用Mohr-Coulomb 准则，巷道宽度4.5 m，高度2.6 m。底部和前后左右固定相应方向位移，顶部施加上覆岩层压力，X、Y 方向的侧压系数均取1.2。数值模型如图2 所示。

图2 42201 运输顺槽数值模型Fig.242201 numerical model of transport corridor

2.2 模拟结果及分析

数值模拟结果如图3 所示。

图3 数值模拟结果Fig.3 Numerical simulation results

根据图3 模拟结果分析，盛鑫矿42201 运输顺槽开挖后，巷道顶底板处于大范围的应力低值区，而巷道两帮出现应力集中现象，应力集中系数约为1.2。

开挖顺槽巷道后，两帮塑性区深度小于巷道顶底板，两帮塑性区深度控制在1 m 以内，顶板塑性区宽度最大，为3.5 m，底板塑性区深度约为1 m。可见，在施打锚杆时，巷道两帮锚杆长度为1 m 时即可锚固到巷帮的弹性区，为锚杆提供牢靠锚固基点；顶板须在浅部施加2.4 m 短锚杆的基础上，对顶板围岩施打长锚索，以期实现对巷道顶板的有效锚固。

3 支护方案设计及位移监测

3.1 支护方案设计

基于数值模拟结果，确定42201 运输顺槽支护采用“菱形金属网＋钢筋梯子梁＋锚杆＋锚索+混凝土铺底”的综合方式。

顶锚杆为MSGLW-335/φ20×2000 mm 的螺纹钢锚杆，锚杆间排距800 mm×800 mm（每排6根），使用1 根CK2370 的锚固剂锚固，锚杆安装后扭矩不小于100 N·m。顶梯子梁为φ12 mm 的两根钢筋平行焊接而成，长×宽=4500 mm×70 mm。顶网为12 号铁丝制作的菱形网，长×宽=4500 mm×1000 mm，网孔50 mm×50 mm。

顶锚索为SKP18-1/1860，φ17.8 mm×8200 mm 钢绞线锚索，在巷道中间布置，间排距为2400 mm×2400 mm（每排2 根），使用2 根CK2370 的锚固剂进行锚固。

巷帮遇构造或两帮破碎时采用φ18 mm×1000 mm 圆钢锚杆，配合长×宽=2500 mm×1200 mm 金属网支护。帮锚杆为MSGM-235/φ18 mm×1000 mm（A3 圆钢锚杆），锚杆间排距1000 mm×1100 mm，使用1 根CK2335 的锚固剂锚固。帮网为14 号铁丝制作的菱形网，长×宽=2.5 m×1.2 m，网孔50 mm×50 mm。

底板硬化采用C30 混凝土浇筑，水泥∶砂子∶石子=1∶2∶3，浇筑厚度为100 mm。

支护方案如图4 所示。