孤島綜放工作面回采巷道圍巖控制技術研究

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1、孤島綜放工作面回采巷道圍巖控制技術研究李文忠山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司±礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院摘要：基于伯方煤礦3205孤島綜放工作面工程地質條件，研宄了孤島工作面覆巖應力以及位移分布特征，提出回釆巷道加強支護方案。孤島工作面上方的巖層中垂直應力峰值是原始（垂直）地應力的2倍以上，在孤島工作面推進過程中，冋采巷道超前支承壓力峰值是常規(guī)工作面的1.21.7倍，加劇丫巷道支護難度。采用極限平衡理論，提出加強支護方案，使孤島工作而回采巷道頂板平均變形量減少約65%，巷道兩幫平均變形量減少約60%，有效控制了巷道圍巖變形。關鍵詞：孤島工作面;超前支承壓

2、力;加強支護;圍巖控制;作者簡介：李文忠（1974-）,男，工程師，畢業(yè)于大同煤校采煤專業(yè)，以后又獲得采礦工程學士學位，主要從事煤礦生產(chǎn)技術管理工作。收稿日期：2017-10-23Received：2017-10—230引言煤炭開采過程中，為避免生產(chǎn)和接替工作面之間的干擾，有時會采用跳采的方式進行工作面的接替，這樣就會在采區(qū)內形成孤島工作面。在孤島工作面煤層內會形成應力集中區(qū)，工作面垂直應力明顯增大，巷道支護難度顯著增加，給礦井的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅。因此，研究孤島工作面上覆巖層應力分布特征以及回采巷道加強支護技術對煤礦安全開采具有重大意義。近年來，盡管巷道

3、支護技術與管理水平有很大提高，孤島工作面的安全開采問題依然是采礦界廣大學者的研究課題之一［1-2］。王宏偉等［3-4］研究了唐山礦孤島工作面巷道頂板受工作面動壓影響劇烈的范圍，揭示了工作面前方能量釋放的激增機制，介紹了壓力預警防治措施。曹安業(yè)等m以鮑店礦103±05孤島工作面為竹景，分析了厚硬巖層下孤島工作面開采覆巖空間結構及其破斷運動對礦震活動的影響。馮宇等M分析了孤島工作面頂板結構的應力傳遞機制，提出支承壓力估算方法。張煒等in通過探究孤島工作面沿空掘巷超前支承壓力分布特征，揭示Y孤島工作面窄煤柱沿空掘巷圍巖控制機理。陳曉祥等M棊于五陽煤礦7603孤島工

4、作面工程地質概況，運用變形力學機制轉化原理提出新的支護方案，巷道圍巖得到了有效控制。孤島工作面的高應力環(huán)境是威脅煤礦生產(chǎn)安全的主要因素，因此，增加回采巷道支護強度是控制巷道圍巖變形的有效手段。本文基于怕方煤礦工程地質條件，采用極限平衡理論，計算出/回采巷道的合理支護參數(shù)，并通過數(shù)值模擬分析巷道圍巖應力分布特征，提出孤島工作而回采巷道加強支護方案。該研宂成果可為孤島綜放工作面IH］采巷道圍巖控制技術提供借鑒。1工程地質概況伯方煤礦現(xiàn)開采位于山西組下部的3煤層。3205孤島工作面位于井田屮部二盤區(qū)，北部為3207回采工作面，東部為二盤區(qū)大巷，南部為3203工作面

5、采空區(qū)，丙側為設計三盤區(qū)工作面（實體煤），工作面相對位置關系如圖1所示。3205孤島工作面長度為176m,工作面埋深約370m。根據(jù)鉆孔資料，工作面煤層平均厚度為6m,工作面采高2.7m，采放比為1:1.22。煤層傾角3°?9°,煤層節(jié)理屮等發(fā)育。煤層直接頂為灰黑色泥巖，平均厚度1.21m;老頂為灰黑色砂質泥巖，平均厚度4.5m;偽底為黑灰色砂質泥巖，平均厚度0.48m;直接底為黑灰色細砂巖，平均厚度1.6m;老底為灰黑色砂質泥巖，平均厚度4.32m。2巷道支護參數(shù)設計2.1極限平衡區(qū)深入圍巖的深度采用非閼形巷道的閼形標準化法來確定巷道理論半徑a，即:a=m

6、ink，ry}式中:n為巷道當量半徑，為巷道外接圓半徑，m。當考慮采動影響時巷道周邊極限平衡區(qū)半徑W為：（K1y//+K2C.cotp）（卜sin（p）式屮:If為考慮采動影響時巷道周邊極限平衡區(qū)半徑，為采動影響系數(shù)；y為上覆巖層平均體積力，kN/m;Il為巷道埋深，miPi為支護阻力，MPa;a為巷道理論半徑，m;C為黏結力，MPa;*為內摩擦角，（°）;K2為煤巖體力學參數(shù)修正系數(shù)；X為側壓系數(shù)。則根據(jù)式（1）、（2）可確定極限平衡區(qū)深入巷道圍巖的深度A為：W_a2.2錨桿支護參數(shù)設計依據(jù)錨桿長度為:式中:U為錨桿錨固段長度，m;A為極限平衡區(qū)深入圍巖的

7、深度，m;L3為錨桿外露長度，m。需要支護加固的最大載荷密度％為：q(Fn(Rf-K)y式中:qfl為最大載荷密度，MPa;丫為極限平衡區(qū)煤或巖石的體積力，取25kN/m;n為荷載備用系數(shù);h為矩形巷道的半高，ni。錨桿直徑為：式中:D為錨桿直徑，mm;[o]為桿體材料的許用強度，MPa;S為錨桿的維護面積，mo錨桿間排距由每根錨桿懸吊的巖石重量確定，即錨桿懸吊的巖石重量等于錨桿的錨固力，錨桿按等距排列計算，即間、排距相等，設為1。貝IJ1/21—D(I2.3錨索支護參數(shù)設計依據(jù)錨索長度為:Lf=L,+Amax+￡式中:1?為錨索長度，m;U為堅硬巖層內的錨

8、M段長度，m;A?ax為受采動影響吋極限平衡區(qū)深入圍