某矿大采高工作面回风顺槽布置方案优化探讨

2017年12月同煤科技TONGMEIKEJI

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某矿大采高工作面回风顺槽布置方案优化探讨

蒋万里

（长治三元中能煤业有限公司，山西长治046000）

摘

要为优化大采高工作面回采巷道掘进层位，本文通过三维数值模拟计算得到了沿底掘进1308大采高

工作面回风顺槽底板围岩塑性破坏范围较沿顶掘进小7.49m，前者有利于控制底鼓，进一步模拟得到沿底掘进时巷道围岩位移及应力分布，实践结果表明：顶底板收敛61mm、两帮移近68mm，与数值模拟基本吻合，研究结果能为类似条件巷道掘进与支护提供一定参考。

关键词大采高回风顺槽；锚网索支护；沿顶掘进；沿底掘进；矿压规律中图分类号TD355

文献标识码B

文章编号1000-4866(2017)06-0017-03

DOI:10.19413/j.cnki.14-1117.2017.06.0050引言

据不完全统计，我国煤矿巷道年掘进进尺近万公里，而这些巷道中80%为煤巷或半煤岩巷道[1]。这些巷道中回风顺槽稳定性对工作面安全高效回采至关重要[2~4]。其中部分厚煤层回采巷道沿底掘进，张震[5]等通过FLAC3D分析了山西潞安集团佳瑞煤业15101工作面轨道巷沿底掘进采用锚杆锚索支护稳定性好，吴同性[6]针对义煤集团厚煤层沿底掘进面采取了增加风量、深孔预裂爆破、高压注水、卸压钻孔排放等瓦斯综合治理措施，为分析某矿回风顺槽特定支护方案下沿底或是沿顶掘进围岩的稳定性问题，拟通过三维数值模拟分析软件构建模型开展相关研究。1工程概况

1308工作面回风顺槽为某矿3#煤层底板掘进的用于工作面回采期间的回风、运输通道，1308工作面回风顺槽东西段：东为实体煤，南为实体煤并有新陈村保护煤柱，西邻一采区轨道巷、一采区回风巷、一采区皮带巷，北为实体煤并有部分新陈村保护煤柱。1308工作面回风顺槽南北段：东为勘探边界及北张村保护煤柱，南为实体煤，西为已回采的1303工作面和正在

图1某矿1308工作面四邻关系

回采的1305工作面，北边为勘探边界及北张村保护煤柱；四邻关系详见下图1。

工作面标高为+555m~+745m。地面标高为+962m~+1030m。巷道顶底板综合柱状如下图2所示。1308工作面回风顺槽从一采区皮带巷的东帮A′点开口,沿3号煤层底板以90°方位角掘进，掘进1601.74m后在巷道北帮H点开口，沿3号煤层底板以360°方位角掘进，掘进778.09m后完成掘进。巷道设计总长度2379.83m，东西、南北段均沿煤层底板掘进，设计开掘断面矩形，断面宽5.0m，高3.3m，掘进断面16.5m2，据钻孔的柱状资料分析，3号煤顶板直接顶为砂质泥岩，厚2.97m；老顶为中-细粒砂岩,厚5.86m，属较稳定岩层，适合锚网支护。据矿压观察数据、支护经验，初选1308工作面回风顺槽采用

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2017年第6期

矩形断面，支护方式采用锚网（索）+钢带联合支护。图23#煤顶底板综合柱状

2模型构建

按工程条件，设计开掘的原模型如下图3所示，模型尺寸为：300m×300m×60.8m。根据前述工作面标高与地面标高数据，确定最大埋深475m，计算分析最不利（最大埋深）条件下巷道受力、变形破坏特征。

底部

老底直接底煤层直接底老顶顶部

图3计算整体模型

模型四边及底板位移约束，限于尺寸及采动影响大实际范围，顶板施加等效的垂直压力11.027MPa。按其顶底板赋存岩石的岩性及层厚，构建相应的岩层，从底部到顶部分别是：底部（20m）、老底（5.71m）、直接底（4.06m）、煤层（5.08m）、直接顶（2.97m）、老顶（5.86m）、顶部（20m），按实际的开掘断面，模型沿y向开掘宽5.0、高3.3m的矩形巷道，巷道顶板采用6根2.4m锚杆支护，两帮采用4根2.4m锚杆支

护，鉴于东西段、南北段顶板分别采用Φ18.9mm×6600mm、Φ18.9mm×9000mm两种高强度钢绞线锚索支护，模拟时考虑一种弱化支护的，间排距1.3m×1.5m，每个断面3根，比较巷道开掘沿3#煤层顶板、底板施工时的围岩变形、受力与破坏特征。3计算与结果处理

为分析沿顶、底掘进时巷道的支护效果，现于巷道走向中间剖面，获得其塑性区分布分别如下图4(a)、(b)，其中从塑性破坏范围可知，其中沿顶掘进的巷道底板塑性区范围明显大于沿底掘进，前者为11.55m，后者为4.06m，后者较前者小7.49m，有利于掘进及回采期间底鼓量的减小，顶板及两帮塑性区范围相当。

（a）沿顶掘进

（b）沿底掘进

图3不同掘进方案下的巷道围岩塑性区

因此，沿底板掘进巷道围岩更为稳定，基于此，进一步分析研究了沿底掘进的1308工作面回风顺槽受力、变形特征，分别为：

(a)巷道受力

/Pa

(b)巷道变形

/m

图4沿底掘进的1308工作面回风顺槽受力与变形

如上图4所示，截取巷道走向中间切片，分析垂直应力（图4(a)、垂直位移图4(b)）可知，巷道最大垂直应力位于巷道顶板，应力峰值为11.09MPa，应力集中系数为1.01。掘进期间巷道顶板下沉量为65mm左

第6期（总第158期）2017年第6期2017年12月同煤科技蒋万里：某矿大采高工作面回风顺槽布置方案优化探讨TONGMEIKEJI·19·右，无底鼓，因此巷道围岩基本处于稳定状态。4支护参数设计

通过数值模拟，结合工程类比，设计开掘方案为沿底掘进，虽然此时存在瓦斯可能超限的不利影响，但通过对煤壁前方采用深孔预裂爆破、巷道两帮煤层注水、施工泄压钻孔等措施,有效地解决了掘进期间工作面瓦斯超限的问题[4]，支护形式为：锚网索支护，相应参数如下：

（1）顶锚杆采用Φ20mm×2400mm螺纹钢锚杆，间排距900mm×1000mm（500mm），距帮250mm，每排6根。锚杆托板为120mm×120mm×10mm钢板，配套阻尼帽、球垫。

（2）帮锚杆采用Φ20mm×2400mm螺纹钢锚杆，间排距900mm×1000mm，距顶300mm，距底300mm，每排4根。

（3）南北段顶锚索采用Φ18.9mm×9000mm钢绞线，东西段顶锚索采用Φ18.9mm×6600mm钢绞线，间排距均为1300mm×1500mm，等间距布置，最外两根锚索距帮1200mm，每排3根。锚索托板为260mm×260mm×20mm钢板，锁具型号KM19。

（4）采用金属网片，顶网规格5000mm×1200mmmm，，帮网规格要求网片搭接短边长度不小于3300mm×1200mm200，网格mm50，长边长度

mm×50不小于100mm。采用16＃铅丝连网，双丝双扣、孔孔相连、锁边成线。

（5）采用钢带，顶钢带规格Φ16mm-5000mm钢带，帮钢带规格Φ14mm-3300mm钢带，帮钢带与顶钢带端头搭接，帮钢带钩头向内。肩窝锚杆外斜或上斜15°，底角锚杆下斜15°。5矿压实测研究

巷道掘进期间，对永久支护后的巷道两帮及顶底板收敛进行了表面位移观测，5天后围岩移近量加快15天后基本稳定，最终顶底板收敛61mm、两帮移近68mm。观测结果与实测值基本吻合，研究结果表明数值模拟能为巷道围岩稳定性评判提供很好的依据。

两帮收敛

顶底移近

mm/量形变岩围开掘时间/d

图5巷道掘进期间变形实测

6结论

1）三维数值模拟结果表明：1308大采高工作面回风顺槽沿顶掘进的巷道底板塑性区范围明显大于沿底掘进，后者更有利于巷道底板围岩控制；

13082工作面回风顺槽围岩变形量小，）掘进期间，采用锚网（索）+钢带联合支护的

65mm左右，两帮移近68mm，支护方案与参数适应性

顶板下沉量为好。

参考文献

[1]康红普,王金华,林健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力

学与工程学报,2010,29(04):649-664.

[2]2010.

张绪言.大采高回采巷道围岩控制技术研究[D].太原理工大学,[3]查文华,谢广祥.锚网索支护综放全煤巷道矿压显现规律数值模拟

研究[J].矿山压力与顶板管理,2002,04:8-9+12.

[4]崔廷锋,张东升,陈先应,等.浅埋煤层大采高工作面回采巷道联巷联

合支护效果模拟分析[J].煤矿安全,2010,41(06):112-114.[5][J]张震.煤矿开采,方树林.,厚煤层巷道沿底掘进围岩变形特征与支护技术研究[6]2015,20(04):89-91+72.2010,吴同性(02).特厚煤层沿底掘进面瓦斯涌出规律及治理:72-73.

[J].中州煤炭,

作者简介

蒋万里，男，1988年3月出生，河南商丘人，本科学历，助理工程师。毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业。

(下转至22页)

·22·会的发展。

参考文献

[1]秦大同：现代机械设计手册.北京：化学工业出版社，2011.

同煤科技

TONGMEIKEJI2017年第6期

[4]丘关源：机械工程材料手册.北京：机械工业出版社，2005.[5]王国法：液压支架技术.北京：煤炭工业出版社，1999.

作者简介

张建军,男,1973年生,山西应县人,大学学历,高级工程师。现大同煤矿集团机电装备力泰有限责任公司技术中心从事煤矿机械设计及工艺方面的工作。

[2]邹增大：焊接材料，工艺及设备手册.北京：化学工业出版社，2004.

社，2010.

[3]王国法：放顶煤液压支架与综采放顶煤技术.北京：煤炭工业出版

收稿日期：2017-11-19

Designapplicationoftake-offdeviceofpinofhydraulicsupport

ZHANGJian-jun

(ElectromechanicalEquipmentLitaiCo.,LTD.,DatongCoalMineGroup,Datong037036,China)

Abstract：Throughtheanalysisofdifficultlyremovingfour-barlinkagepinofhydraulicsupport,thetake-offde⁃viceofpinofhydraulicsupportisdesignedandstudied,andisusedinproductionpractice.

Keywords:Hydraulicsupport;Disassemblingdevice;Executiveagency;Universaljoint(上接第19页)

收稿日期：2017-11-20

Optimizationoflayoutschemeofreturnairgrooveofworkingfacewithlargemining

heightofamine

JIANGWan-li

(ChangzhiSanyuanZhongnengCoalIndustryCo.,LTD.,Changzhi046000,China)

Abstract：Inordertooptimizetheexcavationlevelofminingroadwaywithlargeminingheight,theplasticfailurerangeofthesurroundingrockofthefloorofthereturnairgrooveminingalongthebottomofthe1308workingfacewithgreatminingheightis7.49msmallerthanthatofminingalongthetopbythemeansofthree-dimensionalnumericalsimula⁃tion.Theformerisbeneficialtocontrolthefloorheave,andthefurthersimulationshowsthedisplacementandstressdis⁃tributionofsurroundingrockminingalongthebottom,theresultsshowthatthetopandbottomplatesconvergeto61mmandthetwosidesmovenearly68mm,whichareingoodagreementwiththenumericalsimulation.Theresearchresultscanprovidethecertainreferenceforroadwayexcavationandsupportundersimilarconditions.bottom;Minepressureregularity

Keywords:Returnairgroovewithgreatminingheight;Anchorcablesupport;Drivingalongthetop;Drivingalongthe