特厚煤層綜放工作面快速掘進(jìn)圍巖穩(wěn)定性分析

特厚煤層綜放工作面快速掘進(jìn)圍巖穩(wěn)定性分析

0巷道異常區(qū)域圍巖變形嚴(yán)重隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤礦技術(shù)和開(kāi)采方法不斷更新，開(kāi)采機(jī)械化水平不斷提高，但道路開(kāi)挖速度不能跟上開(kāi)采工作面的開(kāi)采速度，開(kāi)采替代成本的問(wèn)題越來(lái)越明顯。綜合上述研究，對(duì)快速掘進(jìn)過(guò)程中，巷道異常區(qū)域圍巖變形嚴(yán)重的研究較少。本文針對(duì)劉莊煤礦150802運(yùn)輸平巷快速掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的異常區(qū)域圍巖變形嚴(yán)重的問(wèn)題，采用數(shù)值模擬確定了巷道異常區(qū)域的關(guān)鍵部位，從而提出了對(duì)異常區(qū)關(guān)鍵部位優(yōu)先支護(hù)，對(duì)巷道整體采用“錨帶網(wǎng)索”聯(lián)合支護(hù)的方案，采用錨桿（索）應(yīng)力傳感器驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)取得巷道圍巖變形量較小的良好效果，有效解決了快速掘進(jìn)過(guò)程中巷道局部區(qū)域圍巖變形嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)快速掘進(jìn)巷道過(guò)程中如何保障巷道安全具有一定的借鑒意義。1平巷圍巖結(jié)構(gòu)150802膠帶順槽東臨1508采區(qū)膠帶上山，西接150802工作面切眼、南臨150804工作面，北臨150802工作面，上為151101工作面、151102工作面采空區(qū)。150802運(yùn)輸平巷為快速掘進(jìn)巷道，月進(jìn)尺300m以上，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1624m（平距），巷道埋深約593m，地壓較大。煤層厚度為0.75m～4.53m，平均為3.54m，傾角為10°～19°，平均傾角為16°。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為4.64m，松散易碎、易冒落，穩(wěn)定性較差。基本頂為細(xì)砂巖，厚度平均為7.74m。直接底為泥巖，厚度平均為3.01m?；镜诪榉凵皫r，厚度平均為4.35m。局部區(qū)域巷道變形較大，頂板最大變形量達(dá)215mm，兩幫最大移近量為117mm。巷道斷面形狀設(shè)計(jì)為直墻斜頂斷面，直墻斜頂斷面寬度為5.8m，中線高度為4.2m。煤層及頂?shù)装鍘r層見(jiàn)圖1。2頂板垂直位移為了找出巷道支護(hù)的關(guān)鍵部位，采用FLAC巷道在原支護(hù)下的應(yīng)力分布如圖3所示，由于受傾斜巖層及斷面形狀的影響，巷道應(yīng)力呈現(xiàn)出非對(duì)稱分布巷道在原支護(hù)條件下垂直位移分布如圖4所示，由于應(yīng)力的非對(duì)稱性，造成巷道圍巖變形也具有非對(duì)稱性。頂板的垂直位移明顯偏向低幫頂板，頂板最大下沉量達(dá)191.7mm，頂板下沉量較大，底板最大底鼓量偏向左側(cè)，最大底鼓量為138.3mm；從水平位移云圖可以看出，巷道右?guī)妥冃瘟看笥谧髱妥冃瘟?。由于低幫高跨比較小，左幫的位移量較小，最大位移量為37.4mm，但左幫相對(duì)于右?guī)蛻?yīng)力較為集中，故左幫的位移范圍較大；右?guī)偷母呖绫容^大，右?guī)偷淖冃瘟恳草^大，最大位移量為47.1mm，右肩窩部位容易片幫，應(yīng)對(duì)右肩窩部位及時(shí)支護(hù)。由巷道應(yīng)力分布和位移分布的結(jié)果，在巷道頂板左右兩肩窩處，有明顯的應(yīng)力集中，肩窩位置若破壞，巷道頂板跨度會(huì)增加，頂板下沉量也將變大，只有優(yōu)先控制頂板左右兩肩窩部位的變形破壞，才能對(duì)頂板起到良好的控制作用，故巷道支護(hù)的關(guān)鍵部位依次為：頂板兩肩窩、頂板、兩幫。3工程應(yīng)用3.1預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)、h鋼帶在150802膠帶順槽掘進(jìn)過(guò)程中，為控制異常區(qū)域圍巖的較大變形，對(duì)150802膠帶順槽采用錨網(wǎng)索+H型鋼帶聯(lián)合支護(hù)。錨桿選用Ф22mm、L=2500mm的無(wú)縱肋螺紋鋼金屬錨桿，間排距為800mm×800mm；錨索為Ф21.8mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度L=9200mm，間排距為1200mm×1600mm；錨網(wǎng)采用Ф6mm鋼筋，規(guī)格為2200mm×1200mm，網(wǎng)格為100mm×60mm;H鋼帶采用12mm圓鋼加工，長(zhǎng)度分別為1900,3000mm，搭配使用。為減少巷道圍巖變形，對(duì)150802膠帶順槽肩窩位置各補(bǔ)打1根錨索加強(qiáng)支護(hù)，巷道斷面支護(hù)方案見(jiàn)圖5。3.2巷道關(guān)鍵部位驗(yàn)證由于巷道在掘進(jìn)過(guò)程中圍巖應(yīng)力會(huì)重新分布，為了驗(yàn)證巷道的關(guān)鍵部位，采用GMY30H礦用本安型錨桿（索）應(yīng)力傳感器對(duì)巷道錨桿支護(hù)進(jìn)行了全斷面監(jiān)測(cè)。13.3錨桿受力分析從圖6、圖7可以看出，巷道監(jiān)測(cè)錨桿壓力變化大致可分為3個(gè)階段，具體如下。(1）急增階段。由于巷道開(kāi)挖后，巷道由原巖應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，巷道圍巖受掘進(jìn)擾動(dòng)的影響，在距掘進(jìn)工作面0～25m范圍內(nèi)錨桿壓力變化較快。(2）緩增階段。在25m～70m范圍內(nèi)錨桿應(yīng)力呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢(shì)，這一階段巷道圍巖應(yīng)力重新分布，此時(shí)的錨桿受力緩慢增加，主要原因是巷道的圍巖變形。(3）穩(wěn)定小變形階段。當(dāng)巷道掘進(jìn)迎頭距離測(cè)站超過(guò)70m后，錨桿的受力狀態(tài)雖有波動(dòng)，但基本保持穩(wěn)定，此時(shí)的巷道圍巖應(yīng)力的重新分布已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，錨桿受到的軸向應(yīng)力基本趨于穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，肩窩錨桿13.4巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠植继匦詾榱蓑?yàn)證支護(hù)效果，在150802膠帶順槽的后半段進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，通過(guò)多點(diǎn)位移計(jì)對(duì)掘進(jìn)期間的巷道收斂情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖8。從圖8可以看出，在該支護(hù)技術(shù)下，巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平慷枷鄬?duì)較小。在150802膠帶順槽推進(jìn)30m后，巷道頂板下沉量和兩幫移近量均小于30mm。巷道掘進(jìn)到距離測(cè)點(diǎn)110m后，巷道圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定，兩幫移近量和頂板下沉量均低于45mm，采用“錨帶網(wǎng)索”聯(lián)合支護(hù)后，巷道圍巖變形得到有效控制，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果見(jiàn)圖9。3.5巷道支護(hù)工藝順序在數(shù)值模擬和關(guān)鍵部位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，確定巷道異常區(qū)域的關(guān)鍵部位是頂板兩肩窩、頂板、兩幫，針對(duì)性提出先進(jìn)行肩窩錨桿（索）支護(hù)，再進(jìn)行頂板錨桿（索）支護(hù)，兩幫錨桿滯后支護(hù)的工藝順序，減少了巷道在掘進(jìn)過(guò)程中因工序問(wèn)題導(dǎo)致巷道部分區(qū)域變形較大的問(wèn)題，縮短了巷道空頂期內(nèi)的巷道修復(fù)時(shí)間，巷道掘進(jìn)月進(jìn)尺由311m提高到506m，日平均進(jìn)尺為16.8m，實(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)的目標(biāo)。4巷道圍巖控制效果(1）通過(guò)FLAC(2）針對(duì)快速掘進(jìn)巷道中局部區(qū)域異常問(wèn)題，采用“錨帶網(wǎng)索”對(duì)巷道整體進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)并對(duì)巷道異常區(qū)域進(jìn)行優(yōu)先支護(hù)，通過(guò)劉莊煤礦150802膠帶順槽的工業(yè)驗(yàn)證，支護(hù)后巷道圍巖整體變形量低于45mm，巷道異常區(qū)域得到有效控制，通