【www.zhangdahai.com--其他范文】
辛巨星
（山西梅园工贸集团有限公司，山西 太原 030000）
沿空留巷无煤柱开发技术方案是近年来开始广泛应用的一种新的煤矿井下综采技术方案，具有煤炭回采率高、巷道施工量少的优点，在采用该综采技术方案开采的过程中会使巷道顶板悬空量逐渐增加，增加井下沿空留巷围岩的不安全性，因此迫切需要对井下围岩的稳定特性进行分析，然后根据分析结果针对性的完善巷道支护方案，提升无煤柱开采安全性。
苏超[1]等人针对井下沿空留巷围岩稳定性问题，分析了围岩在受力情况下的变形特性，针对性地提出了加强支护的方案，部分学者还提出了“切顶短臂梁”技术，为沿空留巷的支护提供了理论支撑。本文则以矿压波动下巷道围岩顶板的运动规律为基础，对沿空留巷围岩的运动特性、巷道围岩的结构情况进行了分析，针对性地提出了恒阻大锚索+密集单体支柱支护的方案，根据实际应用表明，新方案能够将巷道两帮变形量降低74.5%，将巷道顶板变形量降低75.5%，极大地提升了沿空留巷巷道围岩的稳定性。
当煤矿井下煤层开挖后，会破坏掉围岩原有的平衡性，形成一个采动应力场，因此沿空留巷的巷道顶板会在采动应力场的影响下发生运动，根据其所处的不同阶段可以将巷道围岩的运动分为初期运动、过渡区运动和末期运动三个阶段[2]。
1）在初期运动期间。支架随着综采作业地进行不断前移，因此后侧的顶板支护作用降低，采空侧的顶板在矿压波动下发生断裂，形成一个倒台阶形状的悬臂梁。在直接顶垮落和基本顶弯曲下沉的影响下，断裂部分的变形是以旋转下沉的方式进行，形成一个高承载应力区。
2）在过渡运动区间。巷道顶板直接顶完全垮落后基本顶开始垮落并形成一个稳定的砌体梁结构，基本顶覆岩的自重通过直接顶传递到巷道的实体煤帮一侧，形成了一个地应力的泄压区域。
3）末期运动阶段。当巷道顶板基本顶形成稳定的砌体以后，上侧的岩层开始慢慢断裂并下沉，然后通过应力分流的方式将岩层的应力传递给煤层和采空区上侧的煤矸石上，应力逐步朝着巷道的深处转移，然后巷道顶板开始出现平行的下沉。在这个过程中巷道顶板的下沉主要是平行下沉，应力逐步的释放并趋于稳定，形成一个应力恢复区。
综采作业过程中沿空留巷围岩的运动特性如图1所示。
图1 沿空留巷围岩运动特性示意图
在沿空留巷围岩运动的三个阶段中，过渡运动区间内的巷道顶板的活动最剧烈，产生的应力集中和影响也最大[3]，因此为了提高围岩的稳定性，对其顶板受力模型的分析应该是以该阶段顶板的实际情况来进行分析。根据对井下巷道顶板断裂的实际情况监测，在综采作业期间巷道顶板的断裂位置主要有在实体煤帮侧位置、在巷道上方位置、在巷道采空区位置三种[4]，不同的断裂位置会对巷道围岩的稳定性和矿压波动情况产生显著的影响，不同断裂位置结构如下页图2所示。
由下页图2-1可知，当实体煤帮侧断裂时，围岩的应力主要集中在侧向煤体位置，巷旁支护结构主要是对悬空的直接顶和断裂的基本顶B进行支护，因此巷旁支护体很难控制基本顶的旋转变形，对实体煤帮侧支护力的大小，只能减缓巷道基本顶的旋转下沉速度[5]。
图2 不同断裂位置的沿空留巷围岩结构示意图
由图2-2可知，当巷道上侧发生断裂时，围岩的应力主要集中在断裂的基本顶B处，支护力的大小主要取决于基本顶B的断裂长度，此时对支护的要求较高。
由图2-3可知，采空区断裂，说明前期巷旁支护稳定性较好，因此避免了基本顶的旋转下沉，而且巷道顶板的整体硬度较大，当顶板悬空达到一定程度后，才会使顶板在采空区发生断裂。
综合分析后可知，不管基本顶是在什么位置发生断裂，其基本顶断裂块B的侧向悬臂长度越大，所需要的巷旁支护结构提供的支护阻力就越大，也就是巷道围岩稳定性和基本顶侧向悬臂长度呈反比关系。因此在井下综采作业中，可以通过人工进行预裂切缝、控制基本顶侧向悬臂长度来降低巷旁支护体的承压情况，进而提高巷道围岩的稳定性。
根据对沿空留巷围岩稳定特性分析，需要对巷旁支护结构进行加强，从而提高巷道围岩的稳定性。在对多种巷道补强支护方案进行分析后，提出采用恒阻大锚索+密集单体支柱支护的技术方案[6]。
恒阻大锚索具有高强度、高预紧力、高恒阻的特性，不仅能够适应井下围岩的大变形，而且能够抵抗巷道顶板的离层运动，提高巷道顶板抗矿压冲击的能力。当巷道围岩变形后作用在恒阻大锚索上的力小于恒阻大锚索恒阻值时，恒阻大锚索通过抗拉钢丝的变形来抵抗围岩变形。当作用在恒阻大锚索上的力大于恒阻大锚索恒阻值时，恒阻大锚索的滑块进行滑动，通过自身变形来吸收围岩变形的能量。在整个工作过程中能够保持阻值的恒定。
密集单体支柱支护。综采面在回采后，首先沿着顶板的预裂切线先布置一排密集的单体支柱，在支柱的上侧来增加楔形木块接顶[7]。通过单体支柱的方案能够提供有效的切顶阻力，确保巷道采空区域的顶板能够沿着预裂切缝平稳地垮落。同时为了提高支护的安全性，在靠近单体支柱的位置还需要增加工字钢、金属网等进行加强，实现巷道支护的稳定性。
井下巷道补强支护结构如图3所示。
图3 巷道围岩补强支护结构示意图
采用补强支护结构后，巷道围岩的变形量如图4所示。
图4 巷道围岩变形示意图
由图4可知，通过对井下巷道围岩稳定特性分析及补强支护，巷道两帮的最大变形量由最初的1 337 mm降低到目前的341 mm，变形量降低了74.5%，巷道顶底板的变形量由最初的1 174 mm降低到了目前的288 mm，变形量降低了75.5%，对优化井下巷道围岩控制方案，提高井下综采作业安全性具有十分重要意义。
1）巷道围岩的运动分为初期运动、过渡区运动及末期运动三个阶段，基本顶悬臂长度越大，所需要的巷旁支护结构提供的支护阻力就越大，稳定性就越差。
2）恒阻大锚索+密集单体支柱支护的技术方案，能够将巷道两帮变形量降低了74.5%，将巷道顶板变形量降低了75.5%。
猜你喜欢空留巷锚索顶板赵庄煤业13102巷围岩补强支护技术研究与应用煤(2021年10期)2021-10-11煤矿综放工作面沿空留巷技术应用研究中国煤炭工业(2019年3期)2019-08-27厚煤层条件下沿空巷道不同充填体宽度围岩变形分析山西冶金(2018年5期)2018-11-23煤矿深部高地压巷道锚索支护技术对策研究采矿与岩层控制工程学报(2018年5期)2018-11-08不同锚索参数对预应力场影响的数值模拟研究机械管理开发(2018年7期)2018-08-02煤矿顶板锚固体失稳模式探测仪的研发与应用中国煤炭(2016年9期)2016-06-15沿空留巷巷旁支护方式研究山西煤炭(2015年4期)2015-12-20坚硬顶板沿空留巷巷旁支护技术研究采矿与岩层控制工程学报(2015年3期)2015-12-16关于加强采煤顶板管理技术的研究河南科技(2014年15期)2014-02-27预应力锚索施工浅析河南科技(2014年3期)2014-02-27本文来源：http://www.zhangdahai.com/shiyongfanwen/qitafanwen/2023/0918/655901.html
