【摘要】：以塔山礦特厚煤層大采高綜放工作面開采技術(shù)條件為工程背景,針對采用大煤柱護(hù)巷所造成的煤柱損失大、煤柱內(nèi)應(yīng)力集中程度大、巷道處于應(yīng)力增高區(qū)支護(hù)難度大等問題,提出采用沿空掘巷技術(shù)來減小煤柱損失、改善圍巖應(yīng)力環(huán)境。對高強(qiáng)度錨桿(索)高預(yù)應(yīng)力支護(hù)進(jìn)行模擬,得出附加預(yù)應(yīng)力場分布規(guī)律,通過對比分析確定了沿空掘巷圍巖支護(hù)形式和參數(shù),試驗并分析了巷旁支護(hù)對煤柱的加固效果�，F(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明:巷道掘進(jìn)過程中頂、底板移近量最大57mm,兩幫移近量最大64mm;工作面回采過程中頂、底板移近量平均131mm,兩幫移近量平均221mm,設(shè)計的支護(hù)方案較好地控制了圍巖移動;巷旁支護(hù)可以減小煤柱側(cè)煤壁變形,但造成實體煤側(cè)煤壁變形量增加。
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圖片說明： ～5號煤層厚度為11.8～17.7m，平均14.8m;傾角為2～6°，平均3°，礦井相對瓦斯涌出量為2.21m3/t，絕對瓦斯涌出量為44.6m3/min。煤塵爆炸指數(shù)為37%，具有爆炸危險。煤層自然發(fā)火期為68d，自燃傾向性容易自燃。采用綜采放頂煤一次采全高的采煤方法開采，放煤方式采用一刀一放雙輪順序放煤的方式。綜放工作面采、裝、運、支等作業(yè)工序全部機(jī)械化，作業(yè)工序為:割煤→移架→推前運輸機(jī)→放頂煤→拉后運輸機(jī)。8204試驗工作面綜合柱狀如圖1所示，煤層埋深為530m左右，由上覆巖層自重形成的垂直應(yīng)力約為14MPa。圖18204工作面柱狀塔山礦原有區(qū)段煤柱寬38～45m，存在問題:采出率低;巷道位于應(yīng)力增高區(qū)(承載區(qū)、彈性能聚集區(qū))，維護(hù)巷道所需支護(hù)強(qiáng)度高，具有彈性能突然釋放造成的沖擊危險性;超前支承壓力影響區(qū)內(nèi)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈(頂板下沉量大、底鼓嚴(yán)重、片幫、W鋼帶拉斷、單體柱壓爆等現(xiàn)象)。文獻(xiàn)［10］得出塔山煤礦特厚煤層綜放工作面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ逯祬^(qū)位于距煤壁35m左右，應(yīng)力降低區(qū)為0～10m左右，采用6m煤柱時［10，14］，巷道位于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，較為合理。8204工作面長162m，工作面走向長度1100m。采用一進(jìn)兩回三巷布置，其中2204膠帶巷、5204回風(fēng)巷沿煤層底板掘進(jìn)，8204高抽巷沿煤層頂板掘進(jìn)。5204回風(fēng)巷與下區(qū)段8206采空區(qū)間煤柱為6m。工作面布置見圖2。圖2工作面布置示意2沿空掘巷力學(xué)環(huán)境分析沿空掘巷所處的力學(xué)環(huán)境為:采空區(qū)邊緣低應(yīng)力狀態(tài);峰后煤體內(nèi)存在破裂區(qū)和塑性區(qū);回采期間受超前支承壓力影響，自身強(qiáng)度低(峰后強(qiáng)度)。因而，巷道變形為塑性非線性大變形，變形的力學(xué)機(jī)制由應(yīng)力擴(kuò)容型變形力學(xué)機(jī)制和結(jié)構(gòu)變形型變形力學(xué)機(jī)制組合成的復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制，支護(hù)采用錨網(wǎng)索耦合支護(hù)措施［11－13］
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圖片說明： 度高，具有彈性能突然釋放造成的沖擊危險性;超前支承壓力影響區(qū)內(nèi)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈(頂板下沉量大、底鼓嚴(yán)重、片幫、W鋼帶拉斷、單體柱壓爆等現(xiàn)象)。文獻(xiàn)［10］得出塔山煤礦特厚煤層綜放工作面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ逯祬^(qū)位于距煤壁35m左右，應(yīng)力降低區(qū)為0～10m左右，采用6m煤柱時［10，14］，巷道位于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，較為合理。8204工作面長162m，工作面走向長度1100m。采用一進(jìn)兩回三巷布置，其中2204膠帶巷、5204回風(fēng)巷沿煤層底板掘進(jìn)，8204高抽巷沿煤層頂板掘進(jìn)。5204回風(fēng)巷與下區(qū)段8206采空區(qū)間煤柱為6m。工作面布置見圖2。圖2工作面布置示意2沿空掘巷力學(xué)環(huán)境分析沿空掘巷所處的力學(xué)環(huán)境為:采空區(qū)邊緣低應(yīng)力狀態(tài);峰后煤體內(nèi)存在破裂區(qū)和塑性區(qū);回采期間受超前支承壓力影響，自身強(qiáng)度低(峰后強(qiáng)度)。因而，巷道變形為塑性非線性大變形，變形的力學(xué)機(jī)制由應(yīng)力擴(kuò)容型變形力學(xué)機(jī)制和結(jié)構(gòu)變形型變形力學(xué)機(jī)制組合成的復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制，，支護(hù)采用錨網(wǎng)索耦合支護(hù)措施［11－13］。沿空掘巷掘進(jìn)前和回采期間支承壓力分布如圖3所示［10］。3錨網(wǎng)索耦合支護(hù)設(shè)計3.1巷道支護(hù)參數(shù)5204巷為矩形斷面，掘進(jìn)斷面尺寸5200mm×3600mm，凈斷面尺寸5000mm×3300mm。巷道采用錨桿+錨索+W鋼帶+錨索組合鋼梁+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，如圖4所示，具體支護(hù)設(shè)計過程見文獻(xiàn)［14］。巷道頂板支護(hù)錨桿為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿(鐖22－M24－2500)，每排7根加W鋼帶，中部錨桿垂直巷道表面安裝，兩側(cè)錨桿與水平面夾角75°，錨桿排距800mm，間距800mm，錨桿直徑22mm，長2500mm，桿尾螺紋為M24mm，錨桿托板為120mm×120mm×5mm高強(qiáng)度拱形托板。W鋼帶為BSH5000×250×4mm鋼帶托板(排距800mm);錨索排距1600mm，間距2000mm，直徑22mm，長8300mm，均與頂板垂
【作者單位】： 煤炭科學(xué)研究總院開采研究分院;天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部;
【基金】：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)(2014CB046302)
【分類號】：TD353

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本文編號：2514153