首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 庄子河煤业010106巷道锚网索耦合技术研究

庄子河煤业010106巷道锚网索耦合技术研究

2024-06-12 45 上传者：管理员

摘要：针对庄子河煤业010106巷道围岩变形严重，采掘过程中围岩容易垮落，锚杆失效等问题，结合010106巷道的工程地质条件，采用FLAC3D建立三维数值模型，分析了在不同支护方案下围岩的变形破坏特征情况，同时进行了现场试验，结果表明：采用“锚杆+锚索+格宾网”联合支护技术可有效控制围岩巷道的变形破坏。

关键词：
围岩变形
庄子河煤业
数值模型
有效控制
联合支护
加入收藏

我国的煤炭资源开采已进入深部开采阶段，在深部开采中，由于围岩地应力大、岩体强度低等不良地质条件，使得巷道围岩支护难度较大，单一的巷道围岩支护方式已经不再适用。为有效控制围岩变形，需要采取多种有效的支护方式，各支护方式间相互作用，实现相互耦合支护[1,2,3]。以庄子河煤业010106巷道为工程背景，通过理论分析和数值模拟，确定巷道“锚杆+锚索+格宾网”联合支护方式，保证了巷道的长期稳定，同时可为其他类似工程地质条件下巷道围岩支护提供借鉴。

1、工程概况

庄子河煤业010106巷道沿1号煤层顶板掘进。1号煤层位于山西组顶部，煤层厚度0.85～1.10 m, 平均厚度1.01 m, 结构简单，不含夹矸。煤层顶板为砂质泥岩、泥岩，底板为砂质泥岩或泥岩，层位稳定，为全井田内稳定可采煤层，亦为批采煤层。010106巷道为矩形断面，净断面规格为3.2 m×2.5 m, 净断面为6.9 m2,巷道平均埋深约600 m, 煤层顶底板情况见表1.

表1 煤层顶底板情况

2、巷道联合支护技术

对于软弱破碎巷道围岩的支护，锚杆索的联合支护作用并非简单的加固，而是相互影响、相互补充。通过锚杆挤压加固作用可以及时对巷道浅层围岩进行控制，提高巷道围岩的自身稳定性以及整体承载力。同时，锚杆支座可以在预应力锚索的作用下提高支护强度，通过锚索的悬挂作用可以将巷道顶板破碎的岩石悬挂在深部稳定的岩层之中，防止巷道顶板冒落。锚杆、锚索取长补短、相互作用，提高了巷道围岩的整体支护性能，达到了控制巷道围岩发生大变形的目的。

金属网可以对非锚固区的破碎围岩进行支护，防止崩塌，并在非锚固岩层之间进行荷载的传递，使锚杆由单点支护变为由多个锚杆形成的系统支护，可以有效降低因局部支护强度降低而导致的巷道整体失稳。金属网的柔韧性使其能更好地适应围岩的变形和破坏，刚度可以改善巷道围岩的受力状况，为围岩提供支撑和反力。工程实践表明，金属网在动压巷道，特别是稳定性差的巷道中起着至关重要的作用[4,5,6]。

3、数值模拟研究

3.1 模拟方案

以010106巷道为对象，利用FLAC3D数值软件对3种不同支护方案下的巷道围岩变形进行了研究分析。

1) 方案1:

对巷道不采取任何支护技术。

2) 方案2:

对巷道采用“锚杆+锚索+金属菱形网”联合支护技术。

顶锚杆为直径18 mm, 长度2 m的左旋螺纹钢锚杆，支护间排距0.8 m×0.8 m, 锚固长度1.2 m, 使用1卷K2360和1卷Z2360树脂药卷，锚固力不低于85 kN,螺母扭矩不低于220 N·m, 锚杆托盘规格为120 mm×120 mm×10 mm.

帮锚杆为直径18 mm, 长度2 m的左旋螺纹钢锚杆，支护间排距1 m×0.8 m, 锚固长度1.2 m, 使用1卷K2360和1卷Z2360树脂药卷，锚固力不低于85 kN,螺母扭矩不低于170 N·m, 锚杆托盘规格为120 mm×120 mm×10 mm.

锚索为直径17.8 mm, 长度6.2 m的7股钢绞线，支护间排距1.1 m×2.4 m, 每排2根，锚固长度1.8 m, 使用1卷K2360和2卷Z2360树脂药卷。锚索张拉预紧力不低于150kN,锚索托板规格为250 mm×250 mm×10 mm.

巷道顶板、两帮均铺设金属菱形网，金属网搭接宽度不小于100 mm, 搭接处用铁丝铰紧，联网间距不大于150 mm.

巷道顶、帮安装钢筋托梁，钢筋直径为12 mm, 牌号为Q235.钢筋托梁应为通长托梁，不应使用短托梁进行搭接。

所有锚杆都使用球形垫圈和减摩垫圈。

3) 方案3:

对巷道采用“锚杆+锚索+格宾网”联合支护技术。

锚杆参数同方案2,格宾网采用Φ6 mm的网丝，材质为镀锌钢丝，网片规格为1 000 mm×1 200 mm, 网孔间距为60 mm×60 mm.巷道支护方案如图1所示。

正在加载图片

图1 巷道支护方案图(单位：mm)

3.2 模型建立

模型的尺寸为长×宽×高=45 m×45 m×50 m.锚杆采用cable单元进行模拟，混凝土衬砌采用实体单元Elastic模型，菱形金属网的弹性模量为190 GPa, 泊松比为0.25,格宾网的弹性模量为205 GPa, 泊松比为0.25;采用莫尔-库伦屈服准则，模型前后左右边界均设置为水平约束力；模型的底面设置为固定约束边界，使其在任何方向上不发生位移；模型三维顶部设置为自由边界。各岩层的物理力学参数如表2所示。

表2 围岩物理力学参数

3.3 结果与分析

分别对3种支护方案进行数值计算，各支护方案下围岩垂直位移分布云图和塑性区分布云图如图2、图3、图4所示。

图2 支护方案1下围岩位移分布云图

图3 支护方案2下围岩位移分布云图

图4 支护方案3下围岩位移分布云图

巷道采用方案1时，巷道顶板、底板最大变形量分别为55.5 cm、31.2 cm, 两帮最大变形量为39.6 cm; 巷道采用方案2时，巷道顶板、底板最大变形量分别为38.9 cm、30.3 cm, 两帮最大变形量为29.9 cm; 巷道采用方案3时，巷道顶板、底板最大变形量分别为12.5 cm、10.2 cm, 两帮最大变形量为13.6 cm.

通过比较3种方案下巷道围岩的变形量可以看出，方案2巷道顶板、底板、两帮的变形量较方案1分别减少了30%、3%、25%;方案3巷道顶板、底板、两帮的变形量较方案1分别减少了78%、67%、66%.由此可知，方案3巷道围岩的变形控制效果明显，可有效控制巷道的变形破坏。

4、工业性试验

在距离010106回采工作面迎头40～240 m、240～440 m作为巷道的两个监测段，并在每个监测段间隔20 m设置1个测站，同时在每个监测段等距离采用方案2和方案3.

通过对010106巷道围岩的变形监测，并将监测数据绘制成变形曲线，如图5所示。监测段1处，在菱形金属网支护作用下，顶底板、两帮最大变形量分别为62 cm、46 cm; 在格宾金属网支护作用下，顶底板、两帮最大变形量分别为47 cm、34 cm.监测段2处，在菱形金属网支护作用下，顶底板、两帮最大变形量分别为56 cm、46 cm; 在格宾金属网支护作用下，顶底板、两帮最大变形量分别为48 cm、33 cm.表明了格宾金属网支护效果优于菱形格金属网的支护效果，可有效控制巷道围岩的变形破坏。

图5 围岩变形曲线图

5、结语

1) 通过数值模拟计算可知，巷道采用锚杆+菱形金属网支护技术后，巷道围岩变形量较巷道无支护条件下有所减少，但仍然较大，网片替换为格宾网后，巷道岩变形量明显减小，表明了格宾网在井下巷道围岩支护中的适用性。

2) 采用“锚杆+锚索+金属菱形网”联合支护技术后，巷道围岩的顶底板下沉及两帮变形量减小，围岩变形破坏得到了有效控制，表明该支护技术的有效性。

参考文献:

[1]张艳军.“撞楔+钢棚+喷浆"联合支护在断层破碎带中应用[J].山东煤炭技,2021(9):17-21

[2]张继龙.深井高应力破碎软岩巷道过断层支护技术研究[].能源与保,2021,31(4):249-254

[3]宋沛鑫.动压影响下软弱泥岩顶底板巷道支护技研究[].山西能源学院报,2020,33(1):7-9

[4]孙珞.高应力软岩巷道支护失效机制及控制技术研究[J].煤炭工程,2018,50(12):46-49

[5]张玉成,周鸽,任刚.集中应力区巷道围岩控制技术研究 [].煤矿现代化,2016(2):64-66

[6]王夏南.基于松动圈测试的迎采动巷道围岩控制技术研究[J].同煤科技,2020(2):17-20

文章来源:王宇飞.庄子河煤业010106巷道锚网索耦合技术研究[J].煤,2024,33(06):62-64+72.