急傾斜煤層回采巷道破壞機理與支護技術探究

1、急傾斜煤層回采巷道破壞機理與支護技術探究摘 要：針對急傾斜煤層回采巷道變形破壞獨特性以及巷道難支護問題，文章討論了急傾斜煤層回采巷道的破壞機理以及有效的巷道控制措施，并結合工程實際，分析了錨梁網結合支護在急傾斜煤層回采巷道支護中的應用；結果說明：通過巷道斷面優(yōu)化與支護參數(shù)的改變，巷道圍巖變形量與變形速度得到了有效控制，滿足了巷道的使用要求。關鍵詞：急傾斜煤層；回采巷道；破壞機理；支護1 急傾斜煤層回采巷道破壞機理根據(jù)眾多理論研究與工程理論得出，急傾斜煤層回采巷道圍巖變形特征表現(xiàn)出非對稱性，巷道變形集中區(qū)域主要為上頂角、頂幫、底幫以及下底角。當巷道進展掘進開挖時，由于圍巖應力平衡狀態(tài)被打破，導致

2、被開挖區(qū)域成為應力釋放打破口，圍巖變形量急速增加，并造成嚴重的剪切拉伸破壞。由于煤層傾角較大，導致巷道圍巖受載不均勻程度明顯大于緩傾斜煤層，使得底板下滑與頂板下沉現(xiàn)象比較明顯；受頂?shù)装暹\動以及圍巖應力分布影響，急傾斜煤層回采巷道圍巖出現(xiàn)顯著的非對稱變形。因此，急傾斜煤層回采巷道支護重點在于對關鍵部位頂?shù)讕蛡壬喜恳约绊敯寮訌娭ёo，改變此區(qū)域受力狀態(tài)，增強其抗剪切才能。2 急傾斜煤層回采巷道控制巷道發(fā)生破壞的根本原因在于支護或支護所形成的承載構造的支護強度低于圍巖應力，致使圍巖出現(xiàn)頂板下沉、兩幫變形與底板鼓起。對于急傾斜煤層巷道穩(wěn)定產生影響的因素主要有三個方面，即巷道圍巖強度、圍巖應力值及分布狀況

3、、支護承載才能。因此，急傾斜煤層巷道控制重點在這三方面進展。2.1 進步圍巖自身承載才能巷道上覆巖層重量以及圍巖變形所造成的壓力，大多由圍巖構造自行承擔，而由巷道支護體所承擔的載荷較少，而巷道支護的目的旨在控制圍巖變形，保證圍巖體的承載才能，因此對于巷道支護設計應充分發(fā)揮圍巖的自承才能。巷道圍巖承載才能進步常見的措施主要有三種：圍巖注漿，注漿的作用可以膠結破碎圍巖成為整體，改變破碎圍巖的物理力學特性，并為錨桿、錨索支護提供可靠的著力根底。錨網索支護，錨網索支護可以顯著進步破碎圍巖的剩余強度，進而形成主次承載拱構造，共同承載圍巖應力，控制圍巖變形。關鍵部位補強，煤礦巷道由于受地應力分布的影響，存

4、在嚴重的非對稱變形現(xiàn)象，究其原因，主要是由于區(qū)域構造應力集中造成的。針對此類問題，應有目的地對巷道易變形破壞部位進展補強加固，如增加錨桿錨索打設數(shù)量、注漿加固等。2.2 轉移圍巖應力，改善圍巖應力的分布條件對急傾斜巷道圍巖受力分析可知，巷道附近存在明顯的應力集中現(xiàn)象。為維持巷道圍巖穩(wěn)定性，回采巷道布置與支護中應采取措施降低或轉移圍巖高應力，改善圍巖應力分布狀況?？尚械拇胧┯腥N：合理留設保護煤柱尺寸，保護煤柱的設計尺寸對于回采巷道圍巖應力分布有著顯著的影響，足夠寬度的煤柱可以使巷道處于應力降低區(qū)或原巖應力區(qū)，但煤柱留設過寬易造成煤炭資源的損失，對于保護煤柱的留設應綜合考慮支護方式、資源回收等方

5、面。爆破卸壓，爆破過程可以消耗部分圍巖彈性能，且爆破形成的大量爆破裂隙可以吸收一定的應力變形，將圍巖彈性能轉移至深部圍巖大構造。巷道斷面形式的合理選擇，合理選擇巷道斷面形狀對改善圍巖應力分布、進步圍巖承載才能有著重要意義。2.3 改善支護參數(shù)支護參數(shù)選擇的不合理性易造成支護效果達不到預期要求，產生劇烈的圍巖變形現(xiàn)象。急傾斜煤層回采巷道支護中應用較多的支護方式為錨網支護，以錨網支護為例，支護參數(shù)的優(yōu)化改善內容主要包括錨桿預緊力、直徑、長度、安裝角度以及間排距等，此外與錨網支護相關的鋼筋梯子梁、托盤、樹脂藥卷等亦對錨網支護參數(shù)有著明顯的影響。3 錨梁網結合支護在急傾斜煤層回采巷道支護中的應用3.1

6、 工程概況3.2 支護方案設計回采巷道斷面優(yōu)化。為改善急傾斜煤層回采巷道圍巖受力條件，設計將15403工作面回采巷道原斷面梯形優(yōu)化巷道斷面為三心拱形，新巷道斷面尺寸為：底寬×中高=2 500 mm×2 000 mm。底板不支護。考慮回采巷道效勞年限較短，且巷道底板為強度較低的軟巖，設計巷道底板不采用支護。對特殊地質條件下底鼓量較大的巷道區(qū)段，設計采用臥底方式返修。3.3 工程支護效果3.3.1 圍巖變形分析巷道變形曲線如圖2所示，分析巷道變形量可知，在間隔 掘進工作面020 m的范圍內，巷道圍巖變形量逐漸增加，根本上成一定比例正相關關系；掘進工作面20 m之后，工作面變形量

7、增長幅度明顯降低，到35 m后變形量不再增加。兩幫與頂?shù)装宓淖冃瘟扛揪S持在113 mm與86 mm，且兩幫變形量始終大于頂?shù)装逡平俊?.3.2 變形速率分析分析兩幫及頂板板變形速率曲線如圖3所示，可知，兩幫變形速率與頂?shù)装逅俾首兓€根本保持一致，變形速率曲線峰值出如今距掘進工作面前方7 m處，兩幫與頂?shù)装遄冃嗡俾史逯捣謩e為10 mm/d與8 mm/d。35 m之后變形速率曲線根本保持一程度直線，符合圍巖變形量曲線。巷道圍巖變形表現(xiàn)出底板側幫變形量大，符合急傾斜煤層回采巷道變形特點。綜上分析可知，巷道整體變形量較小，均在平安變形允許范圍之內，掘進工作面后25 m之后，變形量與變形速率均保持在一穩(wěn)定狀態(tài)?；夭上锏雷冃畏€(wěn)定后的斷面尺寸為：到達巷道使用條件，說明巷道支護效果良好。4 結 語急傾斜煤層回采巷道破壞機理主要為頂板下沉與底板下滑引起巷道的非對稱變形，變形區(qū)域主要集中在上頂角、頂幫、底幫以及下底角。對于此類巷道的圍巖控制應在研究區(qū)域圍巖運動規(guī)律及特征根底上，有針對性地對選擇巷道支護方