复合顶板松软煤层回采巷道支护技术研究
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时， 巷道 两顶 角出现破 裂 ， 并 以７ ０ 。 斜角沿剪 应力集 中带 向上扩
１ ５ １ ０ １ 运输顺槽 原支护 为锚 网梁 索联合支 护 。基本 支护参 数为 ： 顶锚杆 直径 ２ ２ ｍｍ， 长度 ２ ． ２ ｍ， 帮锚 杆直 径 １ ８ ｍ ｍ， 长度 ２ ｍ， 间排距为 ０ ． ９ ｅｘ ｒ ０ ． ９ ｍ。锚索直径 １ ５ ． ２ ４ ｍｍ， 长 度为 ６ ． ２ ｍ 的低松 弛级钢绞线 ， 垂 直顶板布 置 ， 间排距 １ ． ９ ｅｘ ｒ ２ １ １ ３ 。锚杆锚 索托 盘采用 ０ ． ９ ｅｘ ｒ ０ ． ９ ｍ ｘ ０ ． １ ｍ的钢托 盘 。钢筋梯 子梁用 ｄ １ ４
２ ２ ． ４
２ ９ ． ９
１ ５ 号 煤 ３ ． ５ ／
眇质泥岩 ８ ． ０
＼ ９ ． ９ ８
２ ９ ． ０ ７
５ １ ３
２ ３ ８ ３
２ ． ５ ５
３ － ３ ５
２ ２ ． ４
３ ６ ． ８
挖巷道 ， 运算 至平衡 ， 观察巷道 变形破坏 。 巷道开挖后 ， 岩体 内原有平衡状态被 打破。计算至 ３ ０ ０步
荷施加 在模 型上部应力边 界 ， 帮部水 平应力 为 ９ ． ６ ＭＰ ａ ， 然后开
石 灰 岩 ８ ． ０
ｌ ４ 号煤 Ｏ ． ５ ＼
泥岩 ２ ． Ｏ
／ ９ ． ９ ８
＼ ２ ２ ． ｏ ０
５ １ ３
１ ７ ０ ２
２ ． ５ ５
１ ． ７ ６
证， 取得 了良好的 围岩控制效果 。
２ 复 合顶 板变 形破 坏过 程数 值模 拟分 析
根据掌石 沟煤矿 １ ５号煤层实 际岩层柱状参数 ， 采用美 国大 型岩土工程计算软件 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ建立数值模 型 ， 如图 １ 所示 。
ｌ 工作 面概 况
掌石沟煤矿 １ ５号煤层位 于太原组底 部 ， 平均埋 深 ２ ５ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ， 煤 层均厚 ３ ． ５ ｍ， 为近水平煤层 。煤岩层柱状参数见 表 １ 。由表 １ 可 知， １ ５号煤层顶板为复合顶板 ， 直接顶 为泥岩 ， 厚２ ｍ， 局部 含有 ０ ． ５ ｍ煤线 ， 易离层 冒落 ， 对巷道掘进 和顶 板控制影 响较 大。
坏。
关键词 ： 支护技术 ； 回采巷道 ； 松软煤层 ； 复合 顶板 ； 数值模拟 中图分类号 ： Ｔ Ｄ ３ ５ ３ 文献标识码 ： Ａ
山西高平 掌石 沟煤矿 １ ５ １ ０ １ 运输顺槽 顶板为 复合顶板 。复 合顶板 条件下 ， 煤 巷易发 生离层 、 冒落 ， 难 以形成有 效 的承载结 构。本文通过理论分析 、 数值模拟和现场观测 ， 系统分析该类顶 板巷道 围岩变形破坏机理 ，提 出相应 的支护方式 ，通过工程验
山西科技
文章编 号： １ ０ ０ ４ — ６ ４ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ４— ０ ０ １ ４ ０ — ０ ２
Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｘ Ｉ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ 【 ０ Ｇ Ｙ
２ ０ １ ３ 年 第２ ８ 卷
第４ 期
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ４ ０
ｍ ｍ 圆钢焊 接而成 。 顶 帮采 用 网孔 为 ０ ． ４ ｅｘ ｒ ０ ． ４ ｍ的菱形金属 网
护壁 。
顺槽掘进初期矿压显现 明显 ， 顶板 出现离层 、 整体下沉 等情 况， 部分钢 筋梯子 梁受力压弯 ， 多处 网丝撕 裂 ， 两顶角 多处有 明 显裂纹 ，多处 地段 不得 不采用点柱和微拱巷 道工字钢进行 二次 支护 ， 局部发生整体垮落 冒顶事故 ， 冒顶 高度约 为 ２ ． ５ ｍ， 冒顶处 锚杆杆体 和托 盘完好 ，局部锚索断裂 ，严重 影响煤矿 的安 全生
展； 两帮 ０ ． ５ ｍ范围 内产生塑性破坏 ， 随后 两顶角破坏加剧 ， 并逐
步 向巷 帮中部延伸。计算至 ５ ０ ０步 时 ， 顶部 １ ４号煤附近产生破
裂， 随时间推移 ， 破 裂范 围向两侧延伸 ， 同时两顶角产 生张拉 破 坏， 向顶板中部扩展。 计算 至 ２ ５ ０ ０步时 ， 巷道上方破裂拱基本形 成， 拱顶位于巷道上方 ２ ． ５ ｍ， 拱 内高度 ０ ． ２ ５ ｍ范围 内有微破裂 ， ２ ｍ处有层间滑动 ， 整体强度 降低 。拱 内其他位 置岩体处 于较 好 的完整状态 ， 随着 时间的推移整体呈柱状 冒落下沉 。顶板 ５ ． ８ ｍ 处 为应力集 中区 ， 即基本位于锚索锚 固端 。 随着破坏的产生 ， 帮锚 杆产 生的剪切力 明显增 强 ， 两 帮破坏 相对明显 ，但 由于两帮加 固后 围岩 的承载能力高 ，抗变 形能力 强 ，使得帮部破坏处 于可控 阶段 ，而顶锚杆承受 的剪应 力则较
复合顶板 松软煤 层 回采巷道 支护技 术研 究
王 占全
（ 大同市煤 矿安 全监 管大 队 ， 山西大同 ， ０ ３ ７ １ ０ ０ ）
摘
要： 通过理论 分析 、 数值模拟和现 场观 测 ， 系统分析 了复合顶板巷道 围岩 变形破坏
机理 ， 提 出了相应 的支护方式。研究结果表 明： 煤巷 两顶 角为 剪切应 力集 中区 ， 应及 时 加强 支护 ； 顶板两顶 角锚杆 、 锚 索分别 向两帮倾斜 ２ ０ 。 ， 可有效控制复合 顶板 煤巷的破
表 １ 煤岩层柱状参数表
岩性 层厚 ， ｍ
～
柱状
… 一 Ｔ一 一
源自文库
抗压强 弹性模 内聚力 内摩擦角 度／ ＭＰ ａ 量／ １ Ⅵ Ｐ ａ ， ＭＰ ａ ， （ 。 ）
３ ６ ． ４ ４ ４ ６ ２ ９ １ 】 － ８ ７ ４ ３ ． ３
图 １ 数值计算模型 模型长 １ ６ ｍ、 宽１ ０ ｍ、 高２ ２ ｍ。模型前后面 、 左面和底部分 别限制水平位移和垂 直位 移。顶部垂直应力为 ８ ＭＰ ａ ， 按均布载
１ ５ １ ０ １ 运输顺槽 原支护 为锚 网梁 索联合支 护 。基本 支护参 数为 ： 顶锚杆 直径 ２ ２ ｍｍ， 长度 ２ ． ２ ｍ， 帮锚 杆直 径 １ ８ ｍ ｍ， 长度 ２ ｍ， 间排距为 ０ ． ９ ｅｘ ｒ ０ ． ９ ｍ。锚索直径 １ ５ ． ２ ４ ｍｍ， 长 度为 ６ ． ２ ｍ 的低松 弛级钢绞线 ， 垂 直顶板布 置 ， 间排距 １ ． ９ ｅｘ ｒ ２ １ １ ３ 。锚杆锚 索托 盘采用 ０ ． ９ ｅｘ ｒ ０ ． ９ ｍ ｘ ０ ． １ ｍ的钢托 盘 。钢筋梯 子梁用 ｄ １ ４
２ ２ ． ４
２ ９ ． ９
１ ５ 号 煤 ３ ． ５ ／
眇质泥岩 ８ ． ０
＼ ９ ． ９ ８
２ ９ ． ０ ７
５ １ ３
２ ３ ８ ３
２ ． ５ ５
３ － ３ ５
２ ２ ． ４
３ ６ ． ８
挖巷道 ， 运算 至平衡 ， 观察巷道 变形破坏 。 巷道开挖后 ， 岩体 内原有平衡状态被 打破。计算至 ３ ０ ０步
荷施加 在模 型上部应力边 界 ， 帮部水 平应力 为 ９ ． ６ ＭＰ ａ ， 然后开
石 灰 岩 ８ ． ０
ｌ ４ 号煤 Ｏ ． ５ ＼
泥岩 ２ ． Ｏ
／ ９ ． ９ ８
＼ ２ ２ ． ｏ ０
５ １ ３
１ ７ ０ ２
２ ． ５ ５
１ ． ７ ６
证， 取得 了良好的 围岩控制效果 。
２ 复 合顶 板变 形破 坏过 程数 值模 拟分 析
根据掌石 沟煤矿 １ ５号煤层实 际岩层柱状参数 ， 采用美 国大 型岩土工程计算软件 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ建立数值模 型 ， 如图 １ 所示 。
ｌ 工作 面概 况
掌石沟煤矿 １ ５号煤层位 于太原组底 部 ， 平均埋 深 ２ ５ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ， 煤 层均厚 ３ ． ５ ｍ， 为近水平煤层 。煤岩层柱状参数见 表 １ 。由表 １ 可 知， １ ５号煤层顶板为复合顶板 ， 直接顶 为泥岩 ， 厚２ ｍ， 局部 含有 ０ ． ５ ｍ煤线 ， 易离层 冒落 ， 对巷道掘进 和顶 板控制影 响较 大。
坏。
关键词 ： 支护技术 ； 回采巷道 ； 松软煤层 ； 复合 顶板 ； 数值模拟 中图分类号 ： Ｔ Ｄ ３ ５ ３ 文献标识码 ： Ａ
山西高平 掌石 沟煤矿 １ ５ １ ０ １ 运输顺槽 顶板为 复合顶板 。复 合顶板 条件下 ， 煤 巷易发 生离层 、 冒落 ， 难 以形成有 效 的承载结 构。本文通过理论分析 、 数值模拟和现场观测 ， 系统分析该类顶 板巷道 围岩变形破坏机理 ，提 出相应 的支护方式 ，通过工程验
山西科技
文章编 号： １ ０ ０ ４ — ６ ４ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ４— ０ ０ １ ４ ０ — ０ ２
Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｘ Ｉ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ 【 ０ Ｇ Ｙ
２ ０ １ ３ 年 第２ ８ 卷
第４ 期
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ４ ０
ｍ ｍ 圆钢焊 接而成 。 顶 帮采 用 网孔 为 ０ ． ４ ｅｘ ｒ ０ ． ４ ｍ的菱形金属 网
护壁 。
顺槽掘进初期矿压显现 明显 ， 顶板 出现离层 、 整体下沉 等情 况， 部分钢 筋梯子 梁受力压弯 ， 多处 网丝撕 裂 ， 两顶角 多处有 明 显裂纹 ，多处 地段 不得 不采用点柱和微拱巷 道工字钢进行 二次 支护 ， 局部发生整体垮落 冒顶事故 ， 冒顶 高度约 为 ２ ． ５ ｍ， 冒顶处 锚杆杆体 和托 盘完好 ，局部锚索断裂 ，严重 影响煤矿 的安 全生
展； 两帮 ０ ． ５ ｍ范围 内产生塑性破坏 ， 随后 两顶角破坏加剧 ， 并逐
步 向巷 帮中部延伸。计算至 ５ ０ ０步 时 ， 顶部 １ ４号煤附近产生破
裂， 随时间推移 ， 破 裂范 围向两侧延伸 ， 同时两顶角产 生张拉 破 坏， 向顶板中部扩展。 计算 至 ２ ５ ０ ０步时 ， 巷道上方破裂拱基本形 成， 拱顶位于巷道上方 ２ ． ５ ｍ， 拱 内高度 ０ ． ２ ５ ｍ范围 内有微破裂 ， ２ ｍ处有层间滑动 ， 整体强度 降低 。拱 内其他位 置岩体处 于较 好 的完整状态 ， 随着 时间的推移整体呈柱状 冒落下沉 。顶板 ５ ． ８ ｍ 处 为应力集 中区 ， 即基本位于锚索锚 固端 。 随着破坏的产生 ， 帮锚 杆产 生的剪切力 明显增 强 ， 两 帮破坏 相对明显 ，但 由于两帮加 固后 围岩 的承载能力高 ，抗变 形能力 强 ，使得帮部破坏处 于可控 阶段 ，而顶锚杆承受 的剪应 力则较
复合顶板 松软煤 层 回采巷道 支护技 术研 究
王 占全
（ 大同市煤 矿安 全监 管大 队 ， 山西大同 ， ０ ３ ７ １ ０ ０ ）
摘
要： 通过理论 分析 、 数值模拟和现 场观 测 ， 系统分析 了复合顶板巷道 围岩 变形破坏
机理 ， 提 出了相应 的支护方式。研究结果表 明： 煤巷 两顶 角为 剪切应 力集 中区 ， 应及 时 加强 支护 ； 顶板两顶 角锚杆 、 锚 索分别 向两帮倾斜 ２ ０ 。 ， 可有效控制复合 顶板 煤巷的破
表 １ 煤岩层柱状参数表
岩性 层厚 ， ｍ
～
柱状
… 一 Ｔ一 一
源自文库
抗压强 弹性模 内聚力 内摩擦角 度／ ＭＰ ａ 量／ １ Ⅵ Ｐ ａ ， ＭＰ ａ ， （ 。 ）
３ ６ ． ４ ４ ４ ６ ２ ９ １ 】 － ８ ７ ４ ３ ． ３
图 １ 数值计算模型 模型长 １ ６ ｍ、 宽１ ０ ｍ、 高２ ２ ｍ。模型前后面 、 左面和底部分 别限制水平位移和垂 直位 移。顶部垂直应力为 ８ ＭＰ ａ ， 按均布载