二龙煤矿大变形巷道支护设计研究

1、    二龙煤矿大变形巷道支护设计研究    摘 要：本文依据二龙煤矿煤层地质概况，采用动态信息设计结合理论分析对二龙煤矿巷道锚杆支护方案进行研究，得出二龙煤矿1207工作面变形控制巷道的支护方案，确定二龙煤矿巷道围岩破坏深度，二龙煤矿巷道顶部、帮部锚杆长度、间距及数量。关键词：变形；锚杆；巷道控制；支护方案doi：10.16640/ki.37-1222/t.2018.12.0650 引言二龙煤矿位于盈余山向斜的西翼，二龙煤矿埋深西部较浅，东部埋深较大，井田南北长7.32km、东西宽度2.15km，面积18.76km2 。二龙煤矿主斜井口地面标高+151

2、7m，现开采的水平标高为+1121m，煤田地质构造复杂，断层发育较多，因为造成煤岩连续性较差，另外煤层埋深较大，矿山压力显现强烈，工作面在回采过程中，巷道变形严重，普通巷道支护方式难以取得很好的效果，维修费用巨大，并且占用大量的人力物力，并且还会影响采区的正常生产和矿井二水平开拓延深。例如，二龙煤矿在2012年采取维修方式修复巷道6.23km，占矿井全部巷道进尺的52.5%，维修成本年均花费3500万，其中个别地质条件特别复杂段巷道反复整修。因此，由于生产需求，急需解决二龙煤矿的巷道变形大的支护难题。通过理论研究确定最优的支护方案。大量研究表明，大变形巷道主要因为岩体本身整体性差，强度较弱，巷

3、道开挖后自稳能力较弱，加之采动及埋深影响，进一步加剧巷道变形。但是合理设计巷道的支护形式、参数能够有效控制巷道变形，进而减弱巷道变形对巷道造成的破坏和损失，提高矿井经济效益。巷道支护形式与对于控制巷道变形影响紧密。锚杆支护对于防止巷道因变形而破坏具有明显的优越性。锚杆支护属于柔性支护、主动支护，它随围岩的整体位移而移动，锚杆支护可以吸收巷道变形积聚的能量，在巷道发生大变形后仍可保持其支护作用。因此软岩大变形巷道采用锚杆支护可以有效的抵抗巷道变形影响。对于大变形巷道控制变形，进而吸取变形能是支护设计是一项关键技术，合理的支护形式和支护参数可以充分发挥锚杆支护的优越性，并且提高巷道的抗变形能力。1

4、 大变形巷道支护分析任何巷道的设计都是一个动态完善的刚才，不是一次完成的。动态信息设计法需要利用每个设计环节提供的信息，并且进行收集、分析、反馈。对于变形控制巷道，该设计方法包括4部分：（1）巷道变形危险性评价、（2）巷道初始设计、（3）井下矿压监测、（4）信息反馈及修正设计。巷道变形控制性评价目前主要采用综合指数法进行评价，包括地质因素和开采技术因素，为巷道的初始设计提供基础参数；初始设计以理论分析设计和数值模拟计算方法为主，并采用工程类比设计法确定合理的初始设计参数；将初始设计实施于现场，并进行巷道围岩监测；最后根据监测结果评价巷道的支护效果，以及巷道的抗冲击能力，必要时修正初始设计。1.

5、1 巷道变形控制性评价对于巷道变形，我们可以采用综合指数法评价巷道变形控制性评价。简单而言主要包括以下几方面：（1）煤岩的物理力学性质。对试样进行抗拉、抗压测试，通过计算得出弹性能指数、单轴抗压、抗拉强度。（2）顶板岩层结构组成，厚层坚硬顶板结构容易聚积弹性能，进而造成附近区域巷道变形严重。（3）地质构造及围岩结构对巷道变形的影响。实践证明，断层、褶曲等地质构造对变形控制巷道变形有较大影响，尤其是断层区域，破坏严重，煤岩体大多呈块状，连续性、胶结性差。（4）采掘影响。工作面与采空区的位置关系，以及巷道掘进与采动影响的时间关系、采动次数等，是影响巷道变形的重要因素。综上所述，二龙煤矿回采的二采区

6、埋深变化大，顶板中存在一层距离巷道较近的厚层砂砾岩，采区内断层比较发育，并且经过力学实验测定巷道周边煤岩体强度较低，输入二类软岩。因而巷道掘进过程变形较大。1.2 初始设计在巷道变形控制性评价的基础上，采取理论计算的方法，根据巷道围岩参数和已有的实测数据确定出有针对性的支护参数。进行巷道支护设计，可分析巷道围岩位移、应力计破坏范围分布，支护体受力状况；不同支护方案的支护效果；确定合理的支护参数。对于具有变形控制性的巷道，需计算各种支护方案的巷道抗变形能力，最后确定适合控制变形巷道的支护参数。1.3 变形控制巷道的全面监测根据理论计算确定的支护方案，进行井下施工后，本矿井主要以1207工作面为研

7、究对象，为检验效果，必须对施工巷道进行合理、全面的监测。监测内容主要包括巷道表面位移。1.4 完善支护设计根据实测数据评价理论支护方案对巷道的抗变形能力进行评价，若初始设计没有达到预期的控制巷道变形的能力，则需要对初始设计进行修改，完善支护设计及优化支护参数。2 1207工作面巷道支护参数设计根据二龙煤矿一采区已经回采的工作面巷道變形特点为依据，进行二采区工作面巷道变形控制支护方案的设计，确定该工作的巷道存在强变形控制性。采用锚杆动态信息设计法进行锚杆、锚索联合支护参数的计算。理论计算以自然平衡拱理论为依据。2.1 围岩破坏范围计算围岩破坏的深度对于巷道支护方案选择至关重要，破坏深度浅巷道支护

8、方案就简单，破坏深度越大，代表巷道变形越大，巷道围岩越破碎，煤层巷道煤帮破坏深度c（m），根据现场相关数据，由下式确定：式中kcx取1.23；取2.5kn/m3；h取1000m；b取1；单轴矿压强度19mpa，所以取1.9；h取5m；取30°。根据c的计算结果可以判断围岩破坏情况，经过理论计算可知，表征煤岩体破快，二龙煤矿1207巷道围岩处于破坏状态。利用相对于层理的发线计，进行二龙煤矿巷道顶板岩层的破坏深度，按如下公式进行计算：2.2 确定工作面巷道围岩压力围岩压力对于确定巷道断面，锚杆锚固力以及顶板支架压力有重要影响，具体按照下述公式：2.3 确定二龙煤矿二采区支护锚杆长度顶板锚

9、杆长度： 顶部锚杆取2.4m。煤帮锚杆长度： 煤帮锚杆取2.4m。2.4 确定二龙煤矿合理的巷道锚杆间排距锚杆排距（m）按下式确定：锚杆排拒取0.7m。式中：z为锚杆锚入自然平衡拱范围之外的额定深度，取0.35m。锚杆锚固力大小对于巷道支护至关重要，根据二龙煤矿实测岩石硬度确定锚杆锚固力大小，按如下公式计算：利用力的平衡确定二龙煤矿巷道锚杆支护密度，即每排锚杆的数量：二龙煤矿巷道顶板每排锚杆数取5。通过理论计算，确定二龙煤矿围岩压力，巷道破坏深度以及锚杆的长度及密度。最终确定二龙煤矿巷道顶板锚杆支护方案。3 支护效果检验二龙煤矿在回采1207工作面期间科学合理的对巷道变形特征及锚杆受力特征进行

10、动态监测。通过变形收敛仪进行巷道收敛变形监测。回采期间共建立四个监测台站，巷道试验区域每15m设置一组巷道收敛变形观测点，每隔4天记录一次监测数据。试验巷道每7.5m还设一个锚杆锚固力观测站，每个测站安装2台锚杆测力计对锚杆锚固力计进行监测。监测数据每1天收集一次。以便对不同地点不同时期的锚杆初锚力、工作锚固力有一个比较准确的监测。通过回采期间的数据观测和分析表明，二龙煤矿1207工作面巷道的顶底板收敛变形量较小，但有个别u型钢棚卡子的螺栓被拉断现象。巷道支护段的顶板离层量小，巷道围岩整体性比之前有较大改善，巷道整体收敛变形，数据分析可知顶底板移近速度平均82.5mm/月。锚杆锚固力在监测期间随巷道变形量增加而变大，但整体上未超出其设计最大锚固力。通过现场对巷道变形及锚杆锚固力的监测表明巷道锚杆支护方案设计合理。4 结论根据二龙煤矿1207工作面的地质概况，通过理论分析。采用动态信息设计法进行锚杆支护参数的计算，得出二龙煤矿1207工作面变形控制巷道的支护方案。确定二龙煤矿围岩破坏深度，巷道顶部、帮部锚杆长度，锚杆间距及锚杆数量。参考文献：1美jc 施坦库斯等.锚杆支护新进展j.中国煤炭，1997（02）.2贺德胜.浅谈锚杆支护理论及设计方法的应用与发展j.科技情报开发与经济，2006（16）.3英哈依斯.岩层控制