泥岩顶板大断面开切眼支护技术优化实践.pdf
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1、第46 卷第7 期2023年7 月采矿与井巷工程泥岩顶板大断面开切眼支护技术优化实践煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023刘威(河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿,河南永城47 6 6 0 0)摘要:为减少城郊煤矿二2 煤层开切眼围岩的变形,保证设备的正常安装,开展了原切巷支护方案的优化研究。研究表明,二2 煤层及直接顶板强度低以及开切眼的跨度大、部分区域顶板淋水是造成支护效果不理想的主要原因。采用FLAC3D数值模拟对不同支护方案下的巷道塑性区深度进行了定性分析,确定了锚索长度为1 0 m,顶锚杆数量为1 0 根排,长度为2500mm
2、。现场应用表明,采用优化后的支护方案,巷道变形时间短,最大顶板下沉为43mm,两帮移近量为2 1 mm。关键词:泥岩顶板;开切眼;数值模拟;塑性区中图分类号:TD353文献标识码:B文章编号:2 0 9 5-59 7 9(2 0 2 3)0 7-0 0 3 0-0 4Optimization practice of support technology for largesection open-off cut with mudstone roofLiu Wei(Chengjiao Mine of Henan Zhenglong Coal Industry Co.,Ltd.,Yongcheng
3、 476600,China)Abstract:In order to reduce the deformation of surrounding rock in the open-off cut of No.22 coal seam in Chengjiao Mineand ensure the normal installation of equipment,the optimization research of the original cutting roadway support schemewas carried out.The research showed that the m
4、ain reasons for the unsatisfactory support effect were the low strength of No.2 coal seam and the direct roof,the large span of the open-off cut and the roof water spray in some areas.FLAC 3Dnumerical simulation was used to qualitatively analyze the plastic zone depth of roadway under different supp
5、ort schemes.The length of anchor cable was determined to be 10 m,the number of top bolts was 10/row,and the length was 2 500 mm.The field application showed that after adopting the optimized support scheme,the deformation time of the roadway wasshort,the maximum roof subsidence was 43 mm,and the dis
6、placement of the two sides was 21 mm.Key words:mudstone roof;open-off cut;numerical simulation;plastic zone开切眼。周刚等采用综掘机扩帮开切眼,提高了0引言掘进速度;王伟光在同忻煤矿开展了特厚煤层大随着煤矿开采技术的不断发展,综合机械化采断面开切眼支护技术的研究,提出了锚索桁架错称煤已经成为煤矿主流的开采方式。神东公司上湾煤式布置方式,控制效果良好;赵瑶针对综放工作矿1 2 40 1 工作面支架高度达到8.8 m,成为目前采面开切眼的支护难题,提出了锚梁网和锚索梁以及高最大的重型综采工作面
7、-2。工作面采高的增大必桁架锚索联合支护的方式,满足了运输和安装的要然带来综采机械设备的大型化,作为工作面设备安求。在相关研究的基础上7-8,针对城郊煤矿二2 煤装的初始通道,开切眼的尺寸必然也越来越大。许泥岩顶板开切眼的支护难题,对原支护方案进行了多专家学者开展了大断面切巷支护的研究。魏斌3优化,取得了较好的效果。等采用迈步掘进一次性成巷工艺成功掘进6.1 m宽责任编辑:高小青D0I:10.19286/ki.cci.2023.07.009作者简介:刘威(1 9 8 1 一),女,河南沁阳人,机电工程师。引用格式:刘威.泥岩顶板大断面开切眼支护技术优化实践J1.煤炭与化工,2 0 2 3,46
8、(7):3 0-3 3.30刘威:泥岩顶板大断面开切眼支护技术优化实践1地质生产情况城郊煤矿2 1 1 1 1 工作面位于二水平南翼十一采区,地面标高+3 1.9 3 一+3 2.1 6 m,巷道底板标高层位岩性厚度/m基本顶细粒砂岩18.29直接顶泥岩直接底砂质泥岩2.49基本底细粒砂岩13.2821111工作面开切眼沿2 7 5方位掘进,总工程量3 0 7.9 43 m,断面规格为3 40 0 mm6900mm(宽高),沿煤层顶板掘进。2原支护存在的问题2.1原支护方案二2 煤层开切眼原设计采用锚杆+锚索支护。锚杆为高强螺纹钢锚杆,规格为20mm2200mm,间排距为 9 0 0 mm90
9、0mm。锚索为 17.8mm83000mm,每排3 根,间排距为2 0 0 0 mm900mm。2.2存在的问题及原因分析在二2 煤层开切眼掘进中,采用原支护方案后,巷道存在变形大的问题,尤其是巷道顶板,最大下沉量可达7 0 0 mm,对工作面设备的安装造成了影响。结合现场调研,分析认为二2 煤开切眼变形量大的主要原因包括以下方面。(1)开切眼跨度大。与进风巷和回风巷等回采巷道相比,开切眼的巷道断面大,使得周边表面围岩的塑性区范围扩大,围岩应力和变形急剧增长,如果支护强度不足,则极易造成大变形。(2)煤层及直接顶板强度低。根据巷道掘进情况,二2 煤煤体内裂隙发育程度高,锚固效果差,且煤层直接顶
10、板为泥岩,强度较低,自稳能力差。(3)部分区域顶板淋水。二煤顶板存在砂岩裂隙水,掘进过程中巷道存在淋水情况,而设计采用的锚固剂为非防水型,大大降低了锚固效果。3支护方案优化3.1楼数值模拟分析数值模拟是当前广泛应用的设计辅助手段,可2023年第7 期-882.9-898.2m。所采煤层为二2 煤层,平均厚度2.8 5m,煤层顶底板情况见表1。该煤层为近水平煤层,普氏系数为0.9 1.0,节理裂隙发育,为类不易自燃,无突出和煤尘爆炸危险性。表1 二2 煤层顶底板岩性Table 1 Roof and floor lithology of No.22 coal seam岩性描述灰色一浅黑色,中厚层状
11、,以石英长石为主,夹砂质泥岩薄层,具裂隙,局部见黄铁矿结核,平行层理发育2.77以对不同方案进行定性分析。采用FLAC3D数值模拟软件对不同支护参数下的垂直位移、水平位移、垂直应力场、水平应力场以及塑性区范围进行模拟,模拟方案表见表2。表2 模拟方案表Table 2 Simulation scheme锚索长度/m锚杆长度/m82.192.3102.5112.7以塑性区为例,不同方案下的顶底板和两帮塑性区破坏范围如图1 所示。由模拟结果可以看出,随着锚杆索长度和数量的增加,巷道顶底板和两帮的塑性区深度基本呈现线性减小的趋势。1.91.31.2821.81.610.88深灰色,黑色,中厚层状,泥质
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