厚泥岩复合顶板煤巷围岩控制技术研究

发布时间：2019-08-10 07:15

【摘要】：针对首山一矿11061工作面运输平巷厚泥岩复合顶板强度低、无稳定承载结构、顶板下沉量大的问题,通过监测巷道围岩破坏及离层发育,统计巷道破坏具体形式,分析得出复杂应力条件下厚泥岩复合顶板巷道破坏的力学机制。基于普氏拱理论,结合现场具体支护和破坏状况,提出"预应力锚杆+锚索承载结构,配合原生裂隙区域注浆加固"的改进支护方案:预应力锚索(杆)形成的主、次承载结构协同作用,在两承载层间的泥岩顶板形成压缩区限制离层发展;布置倾斜锚索与垂直锚索,限制巷道顶帮角处围岩塑性区扩展,防止锚索锚固点所在岩层破断失去承载能力。依据塑性圈理论和数值模拟等手段,确定锚杆、锚索等具体支护参数,利用分区注浆加固泥岩强烈膨胀与松动破坏区域。数值模拟和现场工程实践的结果表明:与原支护方案对比,改进的支护方案巷道变形量减少约50%,巷道围岩完整程度明显提高,有效地控制了厚泥岩复合顶板变形与破坏。
【图文】：

同，针对具体条件下厚层软弱顶板的破坏特征，分析围岩控制机制，确定支护方案，给出锚固参数的确定方法，对于进一步保证工程现场煤巷围岩稳定具有重要意义。2厚泥岩顶板变形破坏特征2.1工程概况首山一矿主采己15 17煤层，11061工作面煤层平均厚度约3.6m，倾角7°～12°，埋深约700m。煤层直接顶板为泥岩、砂质泥岩及薄煤层复合顶板，均厚约10m；复合岩层之上是中粒砂岩，平均厚度2.2m；直接底板为砂岩。回风平巷与运输平巷断面宽度3.8m，两帮高度分别为3.6，3.0m，顶板与岩层倾斜角度一致，巷道围岩状况见图1。原支护方案采用锚杆、垂直单体锚索、钢带、金属网以及混凝土喷层联合支护。图1巷道围岩分布情况Fig.1Distributionof11016roadway′ssurroundingrock2.2围岩变形破坏情况巷道掘进后60d内，围岩变形严重，金属网撕裂，混凝土开裂。巷道顶板中心最大下沉速率为34mm/d，掘进后60d内最大累计顶底板移近量将近800mm。根据现场统计调查，围岩破坏形式主要有拉剪破坏、膨胀破坏和松动破坏，如表1所示。根据钻孔窥视结果(见图2)，顶板离层主要集中在顶板上方0～4m内，4m以上顶板较为完整，离层发育逐渐减少。3厚泥岩顶板破坏特征力学分析首山一矿厚泥岩顶板为泥岩、砂质泥岩和薄煤层形成的复合顶板，从下至上各层依次编号1，2，3，，6。各层物理力学参数见表2，建立如图3所示的复合顶板力学模型，分析顶板发生离层的原因。如图3所示，将厚泥岩复合顶板简化为组合梁结构。巷道开挖后，煤壁和顶板破碎裂隙发育，梁支座的自由度增加，假设梁支座为简支结构，位置处于围岩塑性区与破碎区边界处。对于第i(i=1，2，3，，，6)层，x处横截面的弯矩值为

sofrocks序号岩性厚度/m自然视密度/(kg·m－3)弹性模量/GPa抗拉强度/MPa1泥岩2.721603.310.272砂质泥岩4.322504.020.673煤0.514802.440.174砂质泥岩1.522204.150.705煤0.714802.580.176中粒砂岩2.2233016.701.952()cos2ixiixlxMρhdgβ=(1)式中：()ixM为第i层在x处的弯矩值，iρ为第i层的自然视密度；ih为第i层的厚度；d为梁沿巷道长轴方向宽度，取单位长度1m；g为重力加速度；l为简支梁长度；x为截面位置；β为岩层倾角，取10°。巷道开挖后，顶板各层因重力而弯曲，曲率为图3厚泥岩复合顶板的简支梁示意图Fig.3Sketchoffreelysupportedbeammodelofthickmudstoneroof1()ixiiiiMkrEI=
【作者单位】： 黑龙江科技大学矿业工程学院;河南理工大学能源科学与工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51574114) 国家重点研发计划专项资助(2016YFC0600901) 中国博士后科学基金资助项目(2014M551290)~~
【分类号】：TD353

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本文编号：2525057