沿空留巷围岩变形特征及支护技术研究.pdf
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1、总第2 1 3 期2023年第8 期工程技术摘要:支护技术的应用会对沿空留巷围岩变形情况造成直接影响,采取传统支护方法进行作业已经无法适应现状。本文在介绍沿空留巷围岩变形特征基础上,依据工程实例,对围岩变形特征与支护技术相关内容进行探究,希望文中内容对相关工作人员,以及行业发展都能够有所帮助。关键词:沿空留巷;支护技术;围岩变形;工作面中图分类号:TD353煤炭是我国能源的一项重要构成部分,其对我国经济发展能够起到一定促进作用。在煤矿在开采期间,通常会采取保留煤柱方式,维护区段内巷道,这一方式会造成一定损失,为了减少损失,提高煤矿开采的经济效益,要加强对无煤柱护巷的研究,这一方面可以提高煤矿开
2、采效率,另一方面还能够降低安全事故发生几率。1沿空留巷围岩变形特征沿空留巷和回采工作面都在采空区和煤体边界交界处,两者存在相同支护荷载和围岩变形特征,回采作业面推进会对岩空留巷顶板和两帮受力造成的具体影响。不同矿区地质开采条件会存在一定差异,但是围岩整体变形规律是一致的,只是整体变形情况会存在一定差异,某煤矿岩空留巷围岩结构,如图1所示。基本顶断裂线直接顶煤帮巷道充填体图1 某煤矿岩空留巷围岩结构情况回采工作面的接近与远离,沿空留巷围岩会经历由稳定到强烈活动,再到稳定的一个过程,实际变形特定主要可以划分为以下几个阶段:1.1掘进影响巷道开掘会导致煤岩体原有应力平衡状态,考虑到围岩应力会发生失衡
3、现象,这会使巷道围岩发生变形,应力会重新分布 1 。1.2掘巷稳定掘巷作业停止后,重新分布围岩应力,而且会逐渐停止,而且能够使应力再次平衡状态,围岩变形量也会随着时间推移会不断减小,而且能够不断趋于稳定。收稿日期:2 0 2 2-0 8-1 2作者简介:耿炳伟,男,1 9 8 6 年出生,毕业于山西大同大学,本科,助理工程师,从事采矿相关工作。山西化工Shanxi Chemical Industry沿空留巷围岩变形特征及支护技术研究耿炳伟(汾西矿业集团公司贺西煤矿,山西柳林0 3 3 3 0 0)文献标识码:A1.3采动影响工作面受回采强烈扰动影响,巷道围岩应力平衡状态将会被再次打破,而且需要
4、重新分布 2 。应力集中在巷道两侧,以及作业面前方围岩,围岩应变形将会快速增大,变形速度将会位于峰值区,这将会使巷道支护与巷旁支护荷载处于最大值,但是围岩变形量和速度都会由于支护和围岩条件而呈现出不同状态。1.4重新稳定随着回采工作面推进逐渐远离,由于开采扰动对于巷道顶板造成的影响会不断减弱,而且煤帮一侧支撑压力也会不断降低,顶板岩层沉降量,以及沿空留巷围岩变形量将会逐渐降低,最终将会处于稳定状态 3 。24215工作面沿空留巷围岩变形情况某煤矿的4 2 1 5工作面煤层平均厚度约为2.52 m,埋深深度在3 9 8.5 4 0 2.6 m之间,断面形状为一个高度为3.3 5,宽度为2.8 4
5、 m的矩形,对工作面的具体情况进行观察可以确定,超前影响范围在0 1 6.8 m以内,而且变形出现在工作面0 2 1.5m以内,以低鼓、顶板下沉和两帮移近为主。观察工作面后方留巷段两侧顶板受回转变形具体情况的影响,这会导致下沉量出现不同情况,受应力作用影响,采空区侧顶板会发生下沉量,致使实体煤帮会多下沉约3 2.2 m,随着开采作业的进行,工作面推进,会重新分布应力,总的来说,在顶板下沉量位于工作面后方3 2.6 m,能够处于相对稳定状态。观察顶底板变形量的实际情况能够发现,采空区顶板出现回转变形,这将会导致顶板上形成附加水平应力,从而使底板、顶板水平应力在工作面8.5 3 2.8 m范围内相
6、对集中,出现显著变形,而随着时间推移,工作面持续推进,在工作面3 2.8 m后,底、顶板以为应力重新分布原因,变形将会逐渐区域稳定状态。受顶板回转变形和支撑压力等各项作用影响,煤帮与填充体应力会升高,针这一结果表明,通过加强支护方式处理,能够起到一定保护作用。Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.071文章编号:1 0 0 4-7 0 50(2 0 2 3)0 8-0 1 8 2-0 22023年第8 期3顶板控制设计原理与控制方案分析3.1设计原理通过对围岩变形情况进行分析可以发现,出现的变形会对巷旁填充体、顶、煤帮、顶板等各项内
7、容造成影响,因此,要针对实际情况,采取合理措施支护巷内以及巷旁填充体,针对巷内具体情况的基本支护、加强支护,以及巷旁的基本支护可以形成一个支护系统,确保围岩的实际变形情况,在不同时间和空间上都能够得到合理控制。通过对上述各项因素进行详细分析,最终确定为了使支护作用能够得到合理发挥,最终决定针对4 2 1 5工作面采取下列措施对留巷进行支护 4 。1)针对巷内要进行加强支护,通过这一方式能够提高主动支撑力,实现对底板下沉情况,以及锚固区内顶板离层情况的合理抑制,避免采空区侧内的顶板发生断裂现象。2)对于巷内来说,需要做好基本支护和加强支护两项工作,考虑到顶板岩石离层扩容主要集中在巷道内,因此,在
8、具体设计时,要在巷内锚杆与补强锚索相互配合,通过这一方式能够实现对顶板完整性的保护,避免由于保护不到位,导致顶板发生变形,对后续开展作业造成不良影响,引发事故 5。3)通过对高水材料填充方式,完成对巷旁支护,通过填充方式,能够提高支护强度,科学分析设计力学参数和填充几何体,快速开展相应施工作业,提高填充强度,从而使巷旁支护强度,以及抵抗变形能力能够得到进一步提高。4)采用锚杆支护能够实现对煤帮鼓出具体情况得到有效控制,同时,通过顶板锚杆支护可以实现对顶板断裂情况的控制,断裂线能够逐渐向煤壁内方向转移,从而避免顶板发生严重下沉,以及回转等不良影响,确保巷道能够保持稳定。5)做好支护作业,充分发挥
9、支护起到的阻力作用,避免顶板在后续作业中发生严重下沉,而且能够为切顶提供便利条件,进而使顶板整体受力情况能够得到进一步改善。通过对4 2 1 5工作面的整体情况进行分析可以确定,巷内基本支护、巷旁支护强度针对整个工作面的留巷顶板控制来说意义重大 6 。因此,相关工作人员为了实现对顶板情况的科学管理,需要选择符合需求的支护方式,为了实现对围岩情况的有效控制,最终决定采取锚网索+钢筋梯+对拉锚杆+单体支柱与铰接梁相互配合方式进行支护。3.2控制方案依据该矿4 2 1 5工作面的具体地质情况,对4 2 1 5回风巷,开展高水材料巷旁填充试验,考虑拉应力带耿炳伟:沿空留巷围岩变形特征及支护技术研究体控
10、制方案如下:1)在进行巷内支护时,设置1 排4 根的顶板补强锚索,在靠近顶板7 5cm处锚索布置采取向上倾斜12方向进行,同时,靠近顶板7 5cm处布置垂直煤帮。2)对于填充区域直接顶支护,采取左旋无纵筋螺纹锚杆,具体布置时间距为7 8 cm78cm,而对于靠近采空区一侧锚杆,在进行布置时,应当采取倾斜15方式完成,针对其他垂直顶板,在搭设时,应在每2排锚杆中间布置2 根锚索,从而达到补强支护目的。3)巷旁填充采用的填体材料为高水材料,其水灰比为3:2,具体填充时,要依据割煤刀数对具体填充长度进行确定,每4 刀要进行一次煤填充,与此同时,为了进一步提高填充体支护强度,需要在内部预埋对拉锚杆。4
11、)进行巷内临时支的核心目的就是缓冲煤体可以达到预定强度需要的时间,通过对高阻力进行应用,实现对顶板下沉情况的有效阻止,此外,要在工作面8 0 m范围内布置单体液压支柱,一共布置3 排,间距为1 6 0 cm,并且在该基础上,与铰接梁进行配合,从而达到提高支护强度目的。3.3支护效果完成4 2 1 5工作面回风巷施工作业后,指派专人对巷道围岩发生的位移情况进行全面监测,具体监测点主要分布在工作面超前,以及工作面后方,在实际作业开展时,将测点三作为中点,在测点两侧分别布置了两组测点,每一组测点应对间隔1 8.5m,通过监测可以确定留巷围岩发生的变形情况与距工作面距离之间呈正相关。通过对工作面后方情
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