正令煤业回采巷道掘进过断层支护技术探讨

2022-11-25 15:53郭伟锋
江西煤炭科技 2022年4期
关键词:断层锚杆测点

郭伟锋

(山西省孝义市自然资源局,山西 孝义 032300)

1 工程概况

汾西矿业集团正令煤业位于山西省吕梁市孝义市柱濮镇上令狐村,目前矿井主采煤层为2#煤层。2#煤层位于山西组中部,为稳定全区可采煤层。2#煤层平均厚度1.3 m,煤(岩)层倾角0°~15°,平均10°,2#下煤层平均厚度0.7 m,夹矸平均厚度0.8 m。夹矸为灰褐、深灰色泥岩,硬度较低。煤层结构为1.3 m+(0.8 m夹矸)+0.7 m,属结构简单的稳定可采煤层。如表1所示,2#煤煤层顶板为灰褐、深灰色泥岩及灰白色、白色细砂岩,2#下煤层底板为灰褐、深灰色泥岩及灰白色、白色细砂岩。

表1 煤层顶底板岩性

根据本井田地质资料及实际揭露情况显示,本井田煤层属于一个向斜构造。该向斜构造将内岩层断裂构造发育,因此本煤层回采巷道掘进期间预测会遇到多条断层,大小不等,对过断层期间的巷道支护提出了更高的要求。目前已回采工作面揭露断层情况如表2所示。

表2 断层揭露情况

2 数值模拟分析

由于工作面回采后,原有应力分布发生变化,对巷道围岩的稳定性影响很大[1-5],因此,为制定更加合理的回采巷道支护方案,需对采场垂直应力分布进行分析。借助FLAC3D数值模拟软件建立模型,煤层及顶底板岩层物理力学参数如表3所示。

表3 煤层及顶底板岩层物理力学参数

为更好地了解过断层时采场覆岩的垂直应力分布情况,同时构建无断层正常回采工作面,对比分析回采工作面在有、无断层两种工况条件下开挖至同一水平位置,垂直应力分布如图1所示。

图1 垂直应力分布情况

如图1所示,当无断层时工作面回采后,采空区上覆岩层因失去支撑,导致应力向周边实体煤位置转移,并在工作面前方15 m范围内形成应力集中,这是工作面超前支承压力形成的主要原因。当有断层工作面回采后,不仅在工作面位置出现了应力集中区域,在断层位置也出现了应力集中区域,由于受工作面回采的影响,断层位置应力场明显发生变化,因此有断层工况条件下应力影响范围远大于无断层工况条件,工作面回采过程中,巷道围岩受应力影响范围也更广。当工作面通过断层后,随着距离断层越来越远,断层对采场应力分布的影响也越来越小,两种工况条件下应力分布逐渐相近,仅在工作面前方形成应力集中区域,对巷道围岩稳定的影响也随之降低。

3 支护方案

图2 巷道支护方案

根据前述分析结果,为保证巷道围岩的稳定,拟定在距离断层前后50 m范围内,对巷道进行补强支护,其余地段由于巷道围岩受断层影响较小,仍采用矿井同一煤层其他工作面的支护方案,正常支护方案如图2所示。

当工作面距离断层前后50 m范围内时,在工作面回采过程中,巷道围岩受断层影响较大,为保证巷道围岩的稳定性,对此范围内巷道进行补强支护。巷道补强支护方案如图3所示,顶板锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆,间排距为600 mm×600 mm,锚索规格为ϕ21.6 mm×10 000 mm,间排距为1 200 mm×1 400 mm;帮锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆,间排距为600 mm×600 mm;为保证锚杆(索)的整体支护效果,铺设ϕ6.5 mm的金属网,规格为1 000 mm×2000 mm。

图3 补强支护方案

4 应用分析

为了解掌握补强支护的支护效果,选择在正令煤业1200工作面回采时进行矿压现场监测。考虑到回风巷道设备少,有利于监测仪器的布置及数据采集,因此在1200回风巷布置巷道围岩变形监测点,分别对巷道底鼓、两帮移近量及顶板下沉量进行现场监测;在1200回风巷布置A1、A2、A3三个监测点,监测点间距为80 m,其中A2位于断层影响范围内,A1、A3位于断层影响范围外,现场监测曲线如图4所示。

图4 现场监测曲线

如图4所示,三个测点的底鼓、两帮移近量及顶板下沉量整体变化趋势相似,其变形量速率均呈现先快速增大后逐渐减小,最终趋于稳定的变化特点。其中,A1测点两帮移近量变形量最大值为91.2 mm,顶板下沉量最大值为62.5 mm,底鼓量最大值为142.1 mm;A2测点两帮移近量最大值为45.1 mm,顶板下沉量最大值为42.2 mm,底鼓量最大值为114.3 mm;A3测点两帮移近量最大值为69.4 mm,顶板下沉量最大值为21.5 mm,底鼓量最大值为93.4 mm。现场监测结果显示,三个监测断面的围岩变形量都不大,且巷道围岩最终趋于稳定,表明支护方案合理,可以保证巷道围岩的稳定。

5 结语

以正令煤业2#煤层1200工作面为工程实例,针对2#煤层开采中遇到的断层较多,回采巷道易失稳的问题,对巷道采用数值模拟方法进行了受力分析。根据数值模型分析,针对断层前后50 m范围内拟定巷道补强支护方案,补强支护参数如下:顶板锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆,间排距为600 mm×600 mm,锚索规格为ϕ21.6 mm×10 000 mm,间排距为1 200 mm×1 400 mm,帮锚杆选用ϕ22 mm×2 400 mm的高强锚杆,间排距为600 mm×600 mm;为保证锚杆(索)的整体支护效果,铺设ϕ6.5 mm的金属网,规格为1 000 mm×2 000 mm。通过对1200回风巷底鼓量、两帮移近量及顶板下沉量进行矿压现场监测,结果表明巷道围岩变形量整体不大,稳定性较好,支护效果良好。

猜你喜欢
断层锚杆测点
液压支架整机静强度试验及等效应力分析
如何跨越假分数的思维断层
喷淋装置在锚杆钢剪切生产中的应用
嘛甸油田喇北西块一区断层修正研究
X油田断裂系统演化及低序级断层刻画研究
基于CATIA的汽车测点批量开发的研究与应用
某废钢渣车间落锤冲击振动特性研究
锚杆钢筋质量提升生产实践
建筑施工中的锚杆静压桩技术
复合盾构在纵向锚杆区的掘进分析及实践