窄煤柱沿空掘巷围岩稳定原理与技术_李学华
理论研究
窄煤柱沿空掘巷围岩稳定原理与技术
李学华姚强岭丁效雷
[中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221008]
摘要针对沿空掘巷围岩的力学环境和维护特点,在分析了巷道上覆岩层大结构和巷道围岩锚固小结构稳定性的基础上,提出了沿空掘巷围岩大、小结构稳定的原理及沿空掘巷窄煤柱宽度的留设原则、影响因素和设计方法,为锚杆支护在沿空掘巷中的应用提供了理论依据。现场的工业性试验表明,沿空掘巷的围岩稳定原理和技术有效控制了巷道围岩变形,为矿井的安全生产创造了条件,取得了良好的技术经济效益。
关键词沿空掘巷围岩大、小结构锚杆支护
1问题提出
提高煤炭开采的采出率是关系到矿井的开采寿命和技术发展方向的重大问题,在回采巷道中采用沿空掘巷显然是十分有利的。目前国内在沿空掘巷方面已做了大量的工作,但在阳泉、灵武等多个矿区目前仍采用大煤柱护巷方式(约在20m左右)[1],其目的一是为了巷道本身的围岩稳定;二是为了防止窄煤柱变形或破坏后会与相邻采空区沟通,形成更大的安全隐患。
国外,如澳、英等国不搞沿空掘巷,他们认为煤巷布置在裂缝中围岩是非常不稳定的。而认为区段平巷的护巷煤柱尺寸应该是巷道埋藏深度的1/10,至少应当在15m以上。美、德等国区段煤层平巷均布置在实体煤中。俄罗斯、乌克兰的沿空掘巷只采用金属支架支护[2]。
窄煤柱沿空掘巷的实质是沿上工作面采空区边缘留窄煤柱(1~6m)掘进巷道。在国内,窄煤柱沿空掘巷在简单地质条件下矿区已得到较广泛的应用,其围岩控制的中心思想基于/巷道布置在采空区侧的低应力区,同时窄煤柱有一定的自承能力0,例如窄煤柱宽度设计主要依据采空区侧向支承压力分布而定,而围岩控制多采用均称支护方式[3-5]。在技术的应用上缺乏适用性。为此,本文提出了沿空巷道大、小结构稳定性原理与控制技术,对于指导沿空巷道围岩变形控制具有重要的理论与实践价值。
2沿空掘巷围岩稳定的基本原理
211沿空掘巷的围岩力学环境
沿空掘巷的围岩力学环境与其它类型的回采巷道相比,一般具有以下三个显著的特点:
1巷道处于应力降低区;
o掘巷期内围岩应力集中程度小;
?回采期间应力集中程度很大。
212沿空掘巷上覆岩体大结构稳定性分析基于老顶岩层的上覆岩体大结构的稳定性是一个与上区段工作面回采、掘巷、及本区段工作面回采时载荷从稳定y不稳定y稳定y不稳定的动态响应过程。
研究和实践表明,沿空掘巷上覆岩体在巷道掘进及本工作面回采前是可以保持稳定
的,但在受本工作面采动影响时,其稳定性将受到严重影响。
沿空掘巷在受到本区段工作面的回采影响时,巷道与上覆岩体大结构的平面关系如图1所示。其过程可归结为:
1本区段工作面回采时,采空区老顶
岩层产生新的破断,由于沿空掘巷位于回采工作面前方,这种破断不会在沿空掘巷上方产生,只是在回采工作面采空区内,长边破断线直接与原有关键块体沟通,也即新产生的岩块A 与原有三角形板B 相连通,如图1(a)
所示。
(a) (b)
W )沿空掘巷上覆岩体大结构的下沉量;M )关键块体B 的回转力矩;m )本工作面老顶岩层向采场回转的力矩
图1 回采时沿空掘巷与上覆岩体大结构的平面和剖面关系图
o老顶岩层破断后,块体A 将分别在回转力矩m 和M 的作用下向本工作面和侧向三角板B 方向回转下沉,进而破坏了工作面前方沿空掘巷大结构原有的平衡状态,大结构中的铰接岩体A 和关键块B 处于运动和不稳定状态,从而引发B 块的一定下沉和在工作面前方形成较高的支承压力。
?上覆岩体大结构在较高支承压力的作用下,岩块A 和岩块B 将有一定的回转下沉,如图1(b)中的W 所示。大结构的这种运动和不稳定状态将造成沿空掘巷围岩应力的再次重新分布和集中,其影响程度远大于掘巷时围岩应力的重新分布和集中。需说明的是:掘巷和回采时围岩应力的来源不同,巷道围岩应力在掘巷期间是由于掘进引起的围岩小范围内的应力集中;而在回采时,围岩应力的集中则来源于上覆岩体大结构这个外部力学环境的变化。
?沿空掘巷在回采时围岩应力的强烈集中,加上巷道围岩性质的软弱性质,使沿空掘巷围岩产生大变形;同时,由于大结构造成的巷道围岩应力重新分布的不均匀性,使得巷道顶板、底板、实体煤帮及煤柱在变
形方式和变形量上存在较大的差异。
?上覆岩体大结构从受工作面回采影响起,直到临近工作面端头的过程中,上覆岩体大结构上的载荷虽然是在不断增加,但由于各岩块间的支承条件并没有改变,故仍会保持随机的平衡状态,不同的是块体间的受力情况发生了一定的变化。因此,在工作面推过之前,大结构的稳定性不会受到根本的改变,因而只要巷道支护合理,巷道锚杆支护与围岩形成的小结构保持稳定,巷道就不会受到破坏,大结构的稳定平衡状态只有在工作面推过后才会被打破,进而发生失稳,造成巷道的彻底破坏。
综上分析可以得出这样的结论:沿空掘巷在本工作面回采时,巷道上覆岩体大结构不会发生失稳垮落,但其一定程度的下沉变形是不可抗的,此时保持巷道围岩的稳定性除了适应上覆岩层的下沉外,还应加强锚杆支护和其他支护措施,使巷道围岩锚固结构保持稳定,进而保证沿空掘巷在生产期间的正常使用。
213 沿空掘巷围岩锚固小结构稳定性分析
锚杆支护巷道的稳定是通过在巷道围岩
中系统布置锚杆,使锚杆群、锚杆的辅助构件及其锚固范围内的围岩形成一个整体承载结构,通过该结构良好的承载性能和对其外部围岩变形的适应性,充分发挥较深部围岩的自承能力,从而保证巷道的稳定性。相对于沿空掘巷上覆岩体的大结构而言,我们把这个由巷道周围锚杆组合支护与围岩形成的统一承载结构称为沿空掘巷围岩小结构。
围岩小结构作为顶板、底板、实体煤帮和煤柱帮锚固区组成的一个有机整体,其变形和破坏是各组成部分相互作用、相互影响的综合结果,由于巷道所处的应力环境呈现明显的不均衡性,故其变形与破坏也将呈现非均匀的特点。
通过现场实践和理论分析研究,得出围岩小结构变形破坏的类型主要有以下几种:
(1)窄煤柱诱导型破坏
窄煤柱作为围岩小结构一个很重要的组成部分,由于煤柱本身受上区段工作面回采影响很大,煤体的破坏程度较高,当它发生变形破坏时,将使巷道顶板的承载基础作用降低,进而导致顶板向煤柱侧采空区下沉破坏,产生向巷道内移近和向下沉降,从而造成巷道围岩小结构的变形破坏,称之为窄煤柱诱导型破坏。
(2)顶板诱导型破坏
由于受巷道上覆岩体大结构的影响,顶板煤体在掘巷前变形同样很严重。同时,受上覆岩体断裂回转的影响,在巷道顶板煤体中将形成一组裂隙。在掘巷前,顶板煤体呈压缩状态,当巷道掘进后,煤体所贮存的压缩能量将释放,此时如果不能及时提供有效的支护阻力,将造成顶板煤体在其自重及上覆岩体压缩产生的变形压力作用下发生明显的下沉,甚至冒落,随着顶板下沉量的加大,顶板上方的载荷将向窄煤柱和实体煤帮移动,结果可能会使窄煤柱载荷加大而破碎失稳,同时实体煤帮及底板的稳定状态也会变化,使巷道围岩小结构破坏,称之为顶板诱导型破坏。
(3)实体煤帮诱导型变形破坏
实体煤帮的围岩性质相对于顶板及煤柱要好一些,但相对于巷道的其它部位来说,实体煤帮的应力集中程度是最大的,尤其是在巷道受采动影响时,垂直应力的集中系数可达4左右。实践中,实体煤帮常常因过大的垂直应力而向巷道内强烈位移和显著下沉,其过大的移近量将使顶板向实体煤侧发生倾斜而垮落,同时也会诱导靠近实体煤帮的底板严重臌起,这种小结构的变形破坏机理称为实体煤帮诱导型破坏。
(4)底板诱导型破坏
沿空掘巷的底板一般为强度较低的软弱岩体,巷道掘巷期间,巷道的围岩应力相对处于一较低的环境中,此时,底板一定深度虽有程度较大的水平应力集中作用,但底板一般均能保持稳定。在受采动影响时,上覆岩体将引起巷道围岩应力的上升,增大的垂直应力作用在实体煤帮,并有效地传递到底板岩层中,使原来的水平应力发挥作用,从而导致巷道发生底臌。由于底板中垂直应力集中的不均衡性,软弱的底板岩层臌起也是不对称的。在兴隆庄矿底板条件下,靠近实体煤帮的臌起量明显较大。
从巷道支护的整体稳定性来考虑,沿空掘巷的围岩小结构无论是在围岩本身特性,还是在加固后的力学特性上,均具有明显的非均衡现象。因此,保持小结构本身的稳定是沿空掘巷稳定的根本。
3窄煤柱合理宽度设计
311窄煤柱设计原则
1锚杆的安设基础;
o相对有利的应力环境;
?保证锚杆具有良好锚固性能;
?巷道围岩变形的原则;
?煤损小。
312窄煤柱宽度计算
合理窄煤柱宽度的确定可以从理论计
算、数值分析、工程实践三个方面综合考虑。下面以中等稳定围岩条件举例说明。
(1)理论计算法
如果煤柱过窄,则开巷后煤柱易于迅速
变形破裂而使锚杆安设在破碎围岩中,使锚固力减弱、锚杆的支护作用降低。通过极限平衡理论研究认为,合理的最小煤柱宽度B 为:
B =x 1+x 2+x 3
(1)
式中:x 1)因上区段工作面开采而在下区段沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区,其宽度按式(2)计算[3]。
x 1=
mA 2tan <0
ln k C H +C 0
tan <0
C 0tan <0+P x
A
(2)
式中:x 2)巷道窄煤柱一帮锚杆有效长度,再增加15%的富裕系数,m;
x 3)考虑煤层厚度较大而增加的煤柱稳定性系数,按012(x 1+x 2)计算;
m )上下区段平巷高度,m;A )侧压系数,A =L /(1-L );
L )泊松比;
U 0)煤体的内摩擦角,o
;
C 0)煤体的粘聚力,M Pa;k )应力集中系数,3左右。
C )岩层平均容重,kN/m 3;H )巷道埋藏深度,m;
P x )对煤帮的支护阻力,如上区段采空区侧支护已拆除,可取P x =0。
对于中等稳定围岩的沿空掘巷,最小煤柱宽度B 值一般为315~510m 。
(2)数值模拟分析法
数值模拟的优势在于能考虑众多的影响因素,并通过对比分析而得到一个较优的结果[6-8]
。利用FLA C 2D
313对中等稳定条件下不同窄煤柱(1~6m )宽度时,巷道围岩变形量进行了分析,计算中分别取窄煤柱宽度为215m 、3m 、31
5m 、4m 、415m 、5m 、515m 及6m 八个方案,对巷道在掘进及其本工作面回采期间的实体煤帮、窄煤柱帮、顶板下沉和底臌量进行了研究,得到以下结果:
(a)不同煤柱宽度在掘巷期间的位移量 (b)不同煤柱宽度在采动影响时的位移量
图2 不同煤柱宽度在掘巷期间和在采动影响的位移量图
其中图2(a)、(b)分别为沿空掘巷在巷道掘进期间和受本工作面采动影响时,窄煤柱宽度不同时实体煤帮、窄煤柱帮、顶板及底臌的变化趋势。由图2(a )可见,沿空掘巷在巷道掘进期间,当窄煤柱的宽度不同时,巷道的围岩变形具有以下一些特点:
1窄煤柱宽度不同时,巷道两帮的围
岩移近量均大于顶板的相对下沉量,说明在此期间,巷道的变形以两帮移近为主。
o在巷道的两帮移近量中,实体煤帮的移近量和窄煤柱帮的移近量虽稍有变化,但其量值相差不大。实体煤帮的变化趋势是随着窄煤柱宽度的增加,移近量稍有下降,但当煤柱宽度大于415m 时,移近量又开始
有一定的回升;窄煤柱帮的变形则随着煤柱宽度的增加变形量呈上升的趋势,但在一定煤柱宽度时,其变化趋势与实体煤帮逐渐趋于一致。
?在窄煤柱范围内,巷道的顶底板移近量以顶板下沉为主,底臌则相对要小一些。底板臌起量随着煤柱宽度的增加而开始增加,在窄煤柱范围内,其增加幅度较小;顶板的下沉量在巷道掘进期间是顶底移近量中的主体,但随着窄煤柱宽度的增加,顶板的下沉量逐渐呈下降的趋势。
由图2(b)可见,巷道受本工作面回采影响,窄煤柱宽度不同时,巷道围岩的变形具有以下一些特点:
1巷道在受采动影响时,巷道两帮的移近量也大于顶底板的相对下沉量,说明在本工作面回采时,巷道围岩的变形与掘巷期间类似,也是以两帮的变形为主。
o在窄煤柱条件下,巷道顶底板的移近量与煤柱的宽度有较大的关系,当煤柱宽度较小时,巷道的顶板下沉量要大于底板的臌起量;随着煤柱宽度的增加,底板的臌起量增加,而顶板的下沉量降低,底臌量大于顶板下沉量;当窄煤柱宽度达到6m左右时,两者的变形量逐渐趋于一致。
?在巷道两帮移近量中,实体煤帮的变形趋势与顶板下沉的趋势很相似,但其量值要大得多;窄煤柱的变形趋势则与底臌的变形趋势一致,但也是在量值上要大一些。同时还应注意到,窄煤柱宽度在一定范围内时,煤柱的变形要比实体煤帮的变形量大,最终随着煤柱宽度的增大,两帮的移近量均有不同程度的上升。
通过上面的分析可以得出这样的结论:在窄煤柱条件下,沿空掘巷在巷道掘进期间,由于围岩的变形量普遍较小,窄煤柱宽度对巷道围岩变形量的影响不是很明显;但巷道在受本工作面的采动影响时,巷道围岩的变形量均较大,在此情况下,合理的窄煤柱宽度与巷道的稳定性有很大的关系。
在中等稳定的围岩条件下,窄煤柱宽度在310m或5m左右较为合适。
(3)工程实践分析法
沿空掘巷的窄煤柱设计具有很强的工程特征,故合理的窄煤柱宽度还应考虑工程中的一些要求:
1锚杆的安设基础。窄煤柱采用锚杆支护时,煤柱的宽度至少应大于锚杆的长度。现有条件下,锚杆一般长度多在2m左右,考虑到保留一定的宽度富裕系数,故要求窄煤柱的宽度应不小于215m。
o锚杆安设的可操作性。在留设窄煤柱条件下,锚杆支护中常会出现这样的问题,当窄煤柱破坏较为严重时,锚杆钻孔在凿出后会出现塌孔现象,致使锚杆的安装无法正常进行,故在实践中应予以考虑。
(4)窄煤柱的最终确定
由以上研究可见,沿空掘巷采用锚杆支护时,窄煤柱的确定应充分考虑以下三个问题:其一,对沿空掘巷的窄煤柱来说,靠上区段工作面采空侧煤体中存在一定范围的破碎区,当在巷道侧窄煤柱中安设锚杆时,其宽度最好应能使锚杆位于采空侧所形成的破碎区之外,这样锚杆作用在较为稳定的煤体中,可以保证锚杆可靠的锚固能力。
其二,沿空掘巷的窄煤柱尺寸决定了巷道与上区段工作面回采空间的距离,从而决定了巷道受侧向支承压力的影响程度;同时,窄煤柱的尺寸也将直接关系到窄煤柱自身的承载能力。
其三,窄煤柱的宽度应能保证锚杆支护在操作上可行性。
综上研究后认为,在巷道围岩中等稳定条件下,窄煤柱较为合理的宽度在3m或510m左右较为合适。
4沿空掘巷围岩控制的关键技术
411锚杆的预紧力
根据现场实践,考虑在相同的围岩条
件、锚杆布置方式和基本支护参数不变时,分别对锚杆施加不同的预紧力,研究了预紧力加大后,顶板变形下沉情况。结果如图3所示。其中图3(a)为不同预紧力与掘巷
期间顶板下沉量的关系,图3(b)为不同
预紧力与回采期间顶板下沉量的关系。
(a)
掘巷时
(b)受采动影响时
图3 预紧力与顶板下沉量的关系
由图可见,在安装锚杆时,对锚杆施加一定的预紧力对顶板的下沉量有很大的控制作用。由图3(a)可见,在巷道掘进期间,及时安装锚杆并施加一定的预紧力,即可显著地减少顶板的下沉量。研究条件下,锚杆安装时只要施加大约20kN 的预紧力,顶板的下沉量即可控制在20m m 左右。当预紧力小于此值时,顶板在掘进期间的下沉量急剧增加,而大于此值时,对控制顶板下沉的作用又不是很明显。由图3(b)可见,在巷道受本工作面采动影响时,安装时只要30kN 的预紧力,即可将顶板下沉量控制在200m m 左右。同理,当预紧力小于此值时,顶板的下沉量也将急剧增加,大于此值时又
对控制顶板下沉作用不是很明显。
由上面的研究可见,锚杆的预紧力对控制沿空掘巷的围岩变形有很重要的作用,主要原因在于:
1使锚杆成为真正意义上的主动支护方式;
o提高锚杆的锚固作用效;
?实现巷道围岩小结构的高阻让压。考虑到现有的锚杆支护技术条件和沿空掘巷围岩大变形的特点,认为锚杆的预紧力在20~30kN 左右是较为合理的,此时既可以有效地保证巷道顶板的稳定性,又在现场施工中很容易实现。412 锚杆的支护强度
通过现场研究发现,国内目前使用的锚杆中,大部分锚杆支护强度普遍较低,均在0104~011M Pa 左右。据此,利用数值计算的方法,通过改变顶板的锚杆支护系统的参数,得到沿空掘巷条件下,不同锚杆支护强度时围岩的变形量,以顶板下沉量为例,整理后得到图4所示的关系,现场条件下的预紧力为10kN 。
图4 支护强度与顶板下沉量的关系
从图4中可以看出,当锚杆的支护强度达到013MPa 时,可显著地控制住顶板的下沉变形。而当锚杆的支护强度小于011MPa 时,顶板下沉量急剧增加,顶板的稳定性将受到很大影响,而锚杆支护强度在013MPa 以上时,对控制顶板变形的作用不是太明显。
因此,对于沿空掘巷的软弱破碎煤体来说,锚杆支护强度只要保证在012~013MPa 之间就是比较合理的,而这只要有可靠的支护技术就可以得到保证。
413合理加强支护技术
根据上面的研究,认为沿空掘巷的锚杆支护强度在012~013MPa是比较合理的,采用高强度锚杆体系和相应的支护技术从理论上可以实现,但在一些围岩状况恶劣,或者锚杆支护施工质量较差的情况下,基本的支护形式不能保证锚杆具备足够的支护强度时,可根据情况采取以下的加强支护措施来提高整体支护强度,弥补锚杆本身支护强度的不足,从而保证围岩小结构的稳定性。
(1)小孔径锚索加固技术
沿空掘巷实践中,常会出现以下问题:
1顶板锚杆的长度不够。通常情况下,顶板锚杆均采用全长锚固方式,由于受巷道高度的限制,锚杆长度不能过大,因此锚杆的锚固范围较小,对顶板锚固区外的围岩变形起不到良好控制效果。
o顶板煤体普遍较为松软破碎,锚杆的锚固性能得不到有效保证,致使锚杆的支护强度达不到012~013M Pa。
?当巷道两帮的支护强度不够时,将使两帮向巷道内挤入,煤帮发生较大的下沉与臌出,这将影响到顶板的稳定性。
当存在以上问题时,将引起顶板锚固区外煤体的膨胀和离层,达到一定程度就会导致顶板大面积冒落,此时可采用该项技术对顶板进行加固。
(2)巷道的超前支护
沿空掘巷受采动影响时,上覆岩体大结构会发生一定程度的变形下沉,将影响到小结构的稳定性。根据前面的研究,该类巷道较为强烈的影响在工作面前方40m范围内,剧烈影响范围在前方10m左右。此时,锚杆的支护强度不足时,难以控制围岩过大的变形,该情况下,应在超前工作面一定范围内采用适当的加强支护措施来控制围岩的变形,如布置梁、柱等。
(3)煤体的注浆加固技术
对煤体的注浆加固技术可考虑在以下两种情况下使用:
1小孔径锚索施工困难时。当顶板的松散围岩层厚度较大时(一般为8m),锚索的钻孔和安装困难,难以保证锚索良好的锚固性能时,应考虑对围岩注浆。
o当围岩较破碎时,其裂隙极为发育,大大削弱了煤体本身的强度,而且降低了锚杆的锚固性能,此时可对煤体进行注浆加固,以提高巷道围岩的稳定性。
5工程应用
511开采技术条件
许厂煤矿4303工作面位于430采区,该面为本采区的孤岛面,上下分别为4301和4305工作面的采空区,4303运输巷与4301工作面采空区相临。地面标高约为+ 40m,井下在-46414~-51019m左右,巷道埋深约500m左右。巷道施工层位处于下二迭统山西组3下煤层及其顶底板岩层中。煤层厚度318~415m,平均411m,煤层倾角0~8o,平均4o。局部煤层含013m的炭质泥岩夹矸。而且该采区煤层顶煤裂隙发育、松软破碎、不稳定层厚度在115m左右,该区域构造类型中等偏简单,主要表现以断层为主,其次为褶曲,对巷道掘进会造成一定的影响。
巷道掘出后控顶自稳时间短,在掘进过程中易冒落,施工难度极大。不仅影响掘进速度,而且巷道成型很差,支护效果差;顶板出现明显的/网兜0现象,造成严重的安全隐患。
512巷道锚杆支护设计
4303运输巷道设计断面为矩形,巷道掘进宽4400mm、高3000mm。设计的煤柱宽度为510m。巷道支护的技术方案如图5所示。
具体支护参数如下:
(1)顶板采用左旋高性能预应力锚杆。每排布置6根直径为20m m、长2600mm的锚杆,间排距为800@800(mm)。靠帮的
图5巷道支护技术方案
两条锚杆距巷帮均为200m m,并与垂直方向成20o夹角,分别向两帮倾斜布置。
顶板加强支护每隔2排锚杆布置一排锚索,采用直径1718mm低松驰预应力左旋钢铰线,每排2根,其长度为615m,钢铰线使用4卷M SK2350型树脂锚固剂卷锚固,用T型钢带连接。锚索排中的锚索向巷帮倾斜15o布置。锚索张拉力应在100kN 左右。
(2)实体煤帮采用5根直径为20mm、长2400m m的锚杆,锚杆排距为800mm。锚杆自顶板200mm处开始均匀向下布置,中部3条锚杆垂直巷帮布置。上、下部两锚杆与帮垂直方向夹角均为30b,并分别向顶板和底板方向倾斜布置。
(3)窄煤柱帮采用3根和5根两种形式直径为20mm、长2400m m的锚杆布置,锚杆间距为600mm和700mm两种,锚杆排距为800mm。锚杆自顶板200mm处开始均匀向下布置,中部3条锚杆均垂直巷帮布置。上、下部两锚杆与帮垂直方向夹角均为30b,并分别向顶板和底板方向倾斜布置。
在窄煤柱帮中使用钢铰线桁架,每2排锚杆中使用一套桁架,每套桁架由2条钢铰线组成,钢铰线采用直径1718m m低松驰预应力左旋钢铰线;长度分别为5m和6m。顶角钻孔深410m,用610m长的钢铰线,用3卷树脂锚固剂卷锚固;底角钻孔深215m,用510m长的钢铰线,也用3卷树脂锚固剂卷锚固。2条钢铰线用桁架连接器连接。张拉力为80kN。
(4)采用加长锚固方式,锚固剂均为MSK2350型树脂锚固剂,其中顶板和窄煤柱帮锚杆均使用3卷树脂锚固剂卷锚固,实体煤帮用2卷。采用塑钢网护表,条件不具备时也可用菱形金属网,但连接必需可靠。顶板T型钢带规格为4200@100@10(mm)。实体煤帮T型钢带上部规格为2200@100@4 (mm)。下部规格为2600@100@4(mm)。窄煤柱帮上部规格为2100@100@4(mm),下部规格为2600@100@4(mm)。
513试验结果
通过对巷道表面变形量、顶板离层和围岩深部岩层变形观测表明,巷道在掘进和回采期间的变形量均能够满足矿井正常生产要求,不需要返修。巷道深部岩体整体稳定性好,达到了良好的围岩控制效果。
6结论
1沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理为该类巷道锚杆支护的成功应用提供了理论依据。要保持巷道良好的维护状态,除了要适应上覆岩层的回转下沉外,还应合理设计护巷煤柱尺寸和锚杆支护参数,强化围岩强度,以保持小结构的稳定性。
o沿空掘巷的掘进对围岩大结构的稳定性几乎没有影响,因而巷道围岩的变形量不大;而在回采影响期间,由于关键块B 的回转、下沉和运动,引起巷道围岩的剧烈变形,在中等稳定的围岩条件下,其变形量约是掘进期间的5~6倍,因而保持沿空掘巷回采期间的稳定性具有十分重要的意义。
?沿空掘巷围岩小结构的稳定性取决于合理确定沿空侧护巷窄煤柱的宽度和锚杆支护对围岩强度的强化程度。前者在保持窄煤柱的稳定性和锚杆锚固可靠性的前提下,使煤柱宽度尽可能小些;而后者取决于锚杆
支护预紧力和支护强度的大小。在中等稳定围岩条件下,当锚杆预紧力达到20~ 30kN,支护强度达到012~013M Pa时,巷道围岩就能够保持稳定。
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大学学报,2003,32(4):436~
4391
第一作者简介李学华男,1972年出生,宁夏中卫市人,工学博士,副教授,现在中国矿业大学矿业工程学院采矿系工作,主要从事矿山压力与岩层控制方面的研究。联系电话:139********;E-mail:lsxh2001@ 1261com。
(收稿日期:2008-02-02;责任编辑:王方荣)
我国破解世界性煤矿安全综合开采难题
日前,在淮南召开的/低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术推广会0上发布了中国在煤矿安全开采与瓦斯治理领域的这项最新技术,宣告破解特殊地质环境下煤矿安全综合开采的世界性难题。
/低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术0是煤矿安全高效开采领域的一项重大技术革命,它解决了中国乃至世界范围内,在煤矿高瓦斯、高地应力、低透气性煤层群开采条件下的安全高效开采技术难题,保证了高瓦斯煤矿采煤工作面的安全生产,实现了煤与瓦斯共采,采煤与瓦斯治理的成本大大降低,提高了煤炭资源回收率,彻底改善了煤矿安全状况。
有数据显示,这项技术的应用使淮南矿业集团创造了沿空留巷综采月产36万吨的世界纪录,采区的瓦斯抽采率高达70%以上,百万吨死亡率从4101降至0115,采煤机械化程度从28%提高到91%。
经专家认定,这项技术已经达到国际领先水平,申请专利7项。由于中国70%左右的矿区均处在低透气性、高瓦斯、高地应力煤层群条件下,因此大多数矿区都可以从此项技术中获益,即利用煤层群开采条件首先开采关键卸压层,采用无煤柱连续开采技术实现全面卸压开采,增加煤层透气性,抽采卸压瓦斯,消除煤柱应力集中,真正消除瓦斯威胁。(摘自5新华网6)