神東孫家溝煤礦巷道支護模擬實驗_1

1、神東孫家溝煤礦巷道支護模擬實驗 1概況 池家溝煤礦位于山西省保德縣境內，主要開采8#煤層，煤層厚度7.05m，頂板為砂質泥巖，底板為細粒砂巖。該礦為盡快建成高產高效礦井，在8#煤層布置一個綜采工作面，綜采工作面連采道原支護方式為錨桿一錨索聯合支護，巷道寬5.0m，高3.3m，在掘進連巷時遇一長達300m的背斜，在背斜區(qū)域內，巷道頂板冒落嚴重，冒高達45m，表現為錨桿一錨索支護不久即冒落，冒落巖層呈鱗片狀，嚴重影響工程正常施工。 2模型制作 針對上述問題，在室內進行相似材料模擬試驗，以便確定合理支護方式。本試驗設計了兩個模型，即錨桿一錨索超前支護和工字鋼支架支護。 2.1 模擬條件 （1） 煤層

2、及頂底板巖層力學指標，見表1。 表1 煤層及頂底板巖層力學指標 巖層名稱 厚度/m 巖石強度/mpa 備 注 壓 拉 砂質泥巖 11.20 44.25 3.38 節(jié)理、層理明顯 8# 7.05 3.62 1.54 復合煤層，夾石1.21m 細粒砂巖 7.67 49.50 4.01 節(jié)理、層理明顯 （2） 模型尺寸：1.2m×1.2m×0.2m臥式可加載平面模型架，見圖1。 圖1臥式可加載平面模型架 2.2 模型基本參數確定 （1） 長度比：l=lh/lm=20 （2） 強度比：=h/m=h/m·l=36 (3) 時間比： (4) 煤層及頂底板強度換算：見表2。 表

3、2 煤層及頂底板強度換算表 巖層名稱 巖層厚度 巖層強度/mpa 材料強度/mpa 材料配比 lh l m 壓 拉 壓 拉 砂質泥巖 11.20 56.0 44.25 3.38 1.229 0.094 937 8#煤層 7.05 35.5 3.62 1.54 0.101 0.043 527 細粒砂巖 7.67 38.4 49.50 4.10 1.376 0.111 873 注：材料選擇沙子、水泥、石膏。 （5）支護方式布置。錨桿一錨索選擇超前支護布置，見圖2。錨桿選用20a3圓鋼錨桿，錨桿長2.0m，錨桿方向與巷道推進方向夾角 50°。錨索選用屈服載荷27.0t的鋼交線，中間錨索長度

4、為5.2m，兩幫錨索長6.0m，并以60°傾角分別向兩幫傾斜。 圖2 錨桿一錨索支護方式布置。 工字鋼支架支護棚間距1.0m，頂板要求背板。 2.3 模型的成型方式及層理和節(jié)理的模擬 目前模型成型方式有兩種，砌塊模型和搗固模型，本模型采用搗固法，因為搗固模型具有完整性好，相似材料強度易于保持，位移測量方便等優(yōu)點。 為使制作模型盡量與原型相似，所以在模擬巖層的層理和節(jié)理時，采用云母粉和石英砂作為分層界限，節(jié)理采用人工在模型上制作成垂直或斜交的節(jié)理裂隙，并在界面上放入適量的云母粉和石英砂。 2.4 模型觀測 （1）工字鋼支架支護模型測得頂板下沉量為0.4cm（原型8cm）。頂板完整良好，無破壞痕跡，見圖3。 圖3工字鋼支架支護頂板變化情況 （2）錨桿一錨索超前支護，頂板斷裂高度20cm（原型400cm）。直接頂破壞較嚴重，見圖4。 圖4 錨桿錨索超前支護頂板破壞情況 3結論 （1）工字鋼支架支護能及時地的支護新暴露的巷道頂板，可使連采機不退機就架設支架，使新掘巷道頂板完整，故在背斜區(qū)域采用工字鋼支架支護是可行的。 （2）錨桿一錨索超前支護原支護方式相比，解決了頂板局部隨掘隨冒的缺