新安煤矿锚网索支护数值模拟分析

王崇欣　郭强强

(河南能源化工集团新安煤矿)



新安煤矿锚网索支护数值模拟分析

王崇欣郭强强

(河南能源化工集团新安煤矿)

新安煤矿地质条件差，煤质松软，该矿11240工作面一直采用架棚支护，由于近年年煤炭形势严峻，该矿采掘接替紧张，加之不少巷道在地质构造带或动压影响区内开掘，导致巷道变形严重，巷修工程量大，严重制约了新安煤矿的安全生产。针对11240上巷锚网索支护进行了分析，通过三维数值模拟分析，提出了合理的支护方案。实践表明：该支护方案可有效保障巷道安全掘进，大大提高掘进效率，对于类似矿山巷道支护有一定的参考价值。

锚网索支护数值模拟支护方案

巷道发生冲击破坏与否与巷道围岩强度有较大关系，在其他条件不变时，冲击破坏与否取决于巷道围岩的极限承载强度。锚网索支护在安装初期便对围岩施加一主动预紧力，锚杆、钢筋网、锚索和围岩组成的锚固体成为强有力的承载体，使围岩从一开始便受到较大的支护作用力，可有效控制围岩变形[1-3]。本研究以新安煤矿11240工作面为例，对其支护方案进行探讨。

1　11240工作面概况

11240工作面位于11采区下山西翼下部，上邻11220工作面采空区，下邻二水平保护煤柱，西邻二水平井筒延伸保护煤柱，东邻11采区下山保护煤柱。该工作面地面无村庄和水体，地面平均标高426m。该工作面标高平均-35.4m，平均埋深450m。11240上巷采用锚网索支护，剩余310m掘进到位。11240工作面二1煤层底板起伏较大，煤层赋存不稳定。上巷附近220～340m存在一薄煤冲刷带，480～630m底板下伏，煤层变厚。该工作面直接顶为厚2m的泥岩，老顶为厚19.24m的粉砂岩和中砂岩。

2　支护方案设计

(1)顶板支护。巷道顶板采用“锚网索配合钢筋网、钢筋梯子梁及钢带”联合支护。顶板布置7根钢筋树脂锚杆(φ22mm、长2 250mm)，间排距750mm×800mm，托盘规格130mm×130mm×10mm(长×宽×高)。每孔采用2节MSKφ23mm、长500mm快速树脂锚固剂锚固。钢筋网规格φ6.5mm、900mm×1 600mm，钢筋网采用弯钩搭接法，纵、横方向预留长度均为100mm，弯钩直连至另一片钢筋网的纵筋、横筋上。钢筋梯子梁垂直于巷道轴向铺设，锚杆、锚索穿过钢筋梯子梁上的控制孔垂直锚入顶板[3]。

(2)两帮支护。巷道两帮采用“锚杆+钢筋梯+双层网”联合支护。型号为φ18mm×2 000mm钢筋树脂锚杆，间排距750mm×800mm，托盘规格130mm×130mm×10mm(长×宽×高)。每锚杆孔采用1节MSKφ23mm、长500mm快速树脂锚固剂和1节MSZφ23mm、长500mm中速树脂锚固剂锚固。煤体中采用双层网(里层为硬质塑料网、外层为钢筋网)护表。钢筋网规格φ6.5mm、900mm×1 600mm，钢筋网采用弯钩搭接法，纵、横方向预留长度均为100mm，弯钩直连至另一片钢筋网的纵筋、横筋上，网片搭接长度为100mm，联网采用14#铁丝，联网间距不大于100mm。硬质塑料网规格为12 000mm×1 000mm(长×宽)，搭接100mm，联网间距200mm(图1)。

3　数值模拟分析

为确定支护方案的可靠性，采用FLAC3D软件对新安煤矿11240上巷采用锚网索支护开挖后的底板变形、应力区分布、破坏区分布进行数值模拟分析，为选择正确的支护结构提供依据。构建的数值模型如图2所示。在巷道底板布置监测点，所获得的垂直位移变化情况见图3，水平应力分布与垂直应力分布见图4，围岩塑性区分布见图5。

图1　11240上巷支护断面(单位：mm)

由图3～图5可知：采用锚网索支护巷道底板的垂直位移最大为0.15m，最大水平应力与最小垂直应力差为21.02MPa，底板塑性区稍多，整个巷道无明显变形，可见本研究确定的支护方案合理可行。

图2　11240上巷锚网索支护模型

图3　11240上巷锚网索支护垂直位移变化

图4　11240上巷锚网索支护水平应力、垂直应力分布

图5　11240上巷锚网索支护围岩塑性区分布

4　巷道掘进期间相关措施

(1)掘进期间应每天制作钻屑量及电磁辐射变化规律报表，及时掌握掘进期间两帮及迎头冲击危险性情况，以便采取应对措施。

(2)巷道掘进期间每隔50m设置一个矿压观测站，采用十字交叉法测定巷道顶底板及两帮的移近量，完善观测记录。

(3)每隔50m在顶板加装一台顶板离层仪，每打设300根锚杆安装一个锚杆测力计。锚杆托盘须紧贴岩面，锚固力、扭矩、力矩须符合相关标准。

(4)在掘进期间若危险性有逐渐增加的趋势，采取放炮卸压措施时，作业人员的躲炮时间应大于30min，躲炮距离须大于300m。

(5)掘进期间两帮采用卸压炮，距工作面小于10m，间距5m，两帮各一个，迎头2个卸压炮，炮眼深15m，直径75mm，装药量 8kg，封孔大于6m，4个炮孔同时起爆。

5　结　语

以新安煤矿11240工作面为例，对其支护方案进行了设计并进行了数值模拟分析，结果表明采用三维数值模拟分析法可有效模拟出巷道开挖后的情况，有助于进行巷道掘进支护方案选择，对于类似矿山支护方案设计有一定的借鉴价值。

[1]高明仕，王恺，阚甲广，等.冲击矿压巷道围岩稳定性控制研究现状及进展[J].煤矿支护，2006(4)：8-15.

[2]杨永刚，张海燕，甘犬财.深井高地压沿空巷道围岩变形机理与支护技术研究[J].煤炭工程，2012(6)：76-79.

[3]常聚才，谢广祥.深部巷道锚网索支护参数关键因素分析[J].煤炭科学技术，2014(3)：1-3.

2016-05-23)

王崇欣(1965—)，男，矿长，高级工程师，471800 河南省洛阳市新安县石寺镇。