【摘要】針對利民煤礦Ⅱ011603工作面5.6m×4.0m大斷面運輸順槽的實際生產(chǎn)地質(zhì)條件，基于圍巖力學(xué)性質(zhì)、斷面尺寸和采動影響等因素，提出四種可選方案，應(yīng)用FLAC3D數(shù)值模擬計算四種方案，根據(jù)模擬效果初步確定支護方案，最后通過現(xiàn)場實測判斷圍巖的穩(wěn)定性，驗證設(shè)計方案的合理性和可靠性。
隨著高產(chǎn)高效綜采工作面機械化程度的提高，工作面的開采強度與產(chǎn)量大幅度增加，為滿足通風、運輸、大型設(shè)備的安裝等要求，必須開掘大斷面巷道。隨之而來的是巷道支護難度的加大和對支護技術(shù)的挑戰(zhàn)。大量的研究和實踐表明，煤礦巷道在開挖以后，會在巷道圍巖形成應(yīng)力集中，當巷道跨度增加以后，應(yīng)力集中程度會急劇增加，從而使控制巷道穩(wěn)定的難度增加，尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件巷道更易于發(fā)生跨冒事故，從而影響煤礦的安全生產(chǎn)[1-6]。
本文結(jié)合利民煤礦Ⅱ011603工作面運輸順槽的實際生產(chǎn)地質(zhì)條件，基于地質(zhì)力學(xué)條件和數(shù)值模擬初步提出錨桿支護方案，通過現(xiàn)在實測頂?shù)装濉蓭鸵平亢晚敯咫x層量驗證支護方案的合理性。
1生產(chǎn)地質(zhì)條件
試驗巷道是神華烏海能源公司利民煤礦Ⅱ011603工作面大斷面運輸順槽，布置在16#煤層中，沿頂板掘進。16#煤層厚度3.34-8.67m，平均7.2m，煤層傾角3-12°，平均6°。16#煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸1～8層，一般3～4層，夾矸巖性為灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖。頂板巖性灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，局部為粉砂巖、細粒砂巖；底板巖性以細粒砂巖為主，局部為砂質(zhì)泥巖。
16#煤層破壞載荷24KN，抗壓強度12.5MPa，直接頂巖性砂質(zhì)泥巖，破壞載荷38KN，抗壓強度20MPa，、老頂巖性為細粒砂巖（破壞載荷92KN，抗壓強度50MPa）和砂質(zhì)泥巖（破壞載荷26KN，抗壓強度14MPa）。煤層頂?shù)装鍘r石的力學(xué)強度中等，以半堅硬巖石為主，穩(wěn)固性中等。
試驗巷道斷面為矩形，寬5.6m，高4.0m，斷面面積為22.4m2。
2基于地質(zhì)力學(xué)條件和三維數(shù)值計算的錨桿支護設(shè)計
2.1基于地質(zhì)力學(xué)條件確定錨桿支護方案
根據(jù)16#煤層生產(chǎn)地質(zhì)條件和Ⅱ011603工作面運輸順槽圍巖力學(xué)性質(zhì)、斷面尺寸和采動影響等因素。
2.2基于三維數(shù)值模擬計算確定支護方案
三維計算模型的長、寬、高分別設(shè)置為120米、100米和100米。模型共劃分89960個六面體單元，生成網(wǎng)格節(jié)點95530個。
四個方案從巷道開挖并達到穩(wěn)定期后，圍巖變形規(guī)律進行模擬對比，其結(jié)果如下：
方案一：巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量能達到70mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量18mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為26mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部5m處水平位移只有5.5mm。
方案二：巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量能達到55mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量13mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為20mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部3.5m處水平位移只有4mm。
方案三：巷道開挖并達到掘進穩(wěn)定期后，巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量為20mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量10mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為15mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部3m處水平位移只有2.5mm。
方案四：巷道開挖并達到掘進穩(wěn)定期后，巷道頂板中部的下沉量最大，最大下沉量為14mm，往頂板深部下沉量逐漸減小，巷道兩幫從上到下下沉量逐漸減少，巷道兩幫的最大位移量8mm；而在兩巷道底板中部均發(fā)生底鼓，位移量為12mm；水平位移均集中在兩巷的上幫，往圍巖深部水平位移逐漸減少，到上幫圍巖深部2m處水平位移只有2mm。
對比以上的模擬結(jié)果可以看出：方案一和方案二巷道垂直和水平位移量較大，不能滿足巷道支護的要求，故不予采納。雖然方案四巷道垂直和水平位移量比方案三小，但二者相差不大，綜合考慮巷道掘進速度和經(jīng)濟因素，決定選擇方案三。
3圍巖穩(wěn)定性的實測研究
為了觀測巷道在掘巷期間圍巖活動規(guī)律，考察錨桿支護巷道圍巖變形的控制效果，研究支護參數(shù)的合理性，在正在掘進的試驗巷道中設(shè)置相應(yīng)的測站，對頂?shù)装搴蛢蓭鸵平亢晚敯咫x量進行觀測。
3.1頂?shù)装搴蛢蓭鸵平勘O(jiān)測結(jié)果
巷道施工期間，在770-800m范圍內(nèi)布置測點，對頂?shù)装搴蛢蓭屠塾嬕平窟M行了觀測。巷道掘進期間頂?shù)装遄畲笠平繛?.4mm，兩幫移近量的最大為5.6mm。由此可知，支護參數(shù)選擇合理，支護效果良好，采用該支護方案能很好控制圍巖變形，為巷道掘進提供了安全保障。表2為頂?shù)装逡平?，?為兩幫移近量。
3.2頂板離層量的監(jiān)測結(jié)果
利用頂板離層儀對Ⅱ011603工作面運輸巷道頂板離層動情況進行了動態(tài)監(jiān)測。每個測孔布置兩個測點。其中深基點略高于錨索錨固端點，淺基點略高于錨桿錨固點。由監(jiān)測結(jié)果可知，錨桿錨固范圍內(nèi)沒有發(fā)生離層現(xiàn)象，表明設(shè)計參數(shù)和支護質(zhì)量滿足要求。表4為頂板離層量部分監(jiān)測數(shù)據(jù)。
4結(jié)語
?。?）基于地質(zhì)力學(xué)條件和數(shù)值模擬對利民煤礦Ⅱ011603工作面運輸順槽進行錨桿支護設(shè)計，最終確定其支護方案為：頂板錨桿間排距為1000mm×1000mm，使用Φ20mm×2400mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿；頂板錨索間排距為2400mm×4000mm，使用Φ17.8mm×5200mm的鋼絞線；幫錨桿間排距為1000mm×1000mm，使用Φ20mm×2000mm玻璃鋼錨桿。
?。?）通過現(xiàn)場對頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?，以及頂板離層量監(jiān)測表明，利民煤礦Ⅱ011603工作面運輸順槽圍巖是穩(wěn)定的，所設(shè)計的錨桿支護方案是合理可靠的。
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