大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数研究
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大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数研究
发表时间：2015-01-20T09:59:37.597Z 来源：《工程管理前沿》2015年第2期供稿作者：车燕飞李振星纪录郝俊龙[导读] 巷道底鼓严重因为巷道支护，导致人们通常重视顶板的支护及煤帮的支护，而对于底板的治理则往往忽视。
车燕飞李振星纪录郝俊龙（潞安集团五阳煤矿 046205）
摘要：在煤矿开采强度及规模逐渐增大的背景下，为了矿井通风及运输等能够得到充分满足，巷道断面也变得越来越大。
这样便给巷道维护造成了极大的不便，进一步对煤矿安全高效生产构成了严重威胁。
本课题笔者在分析大断面煤层巷道围岩变形特征的基础上，进一步对大断面巷道支护技术进行了探究，希望以此为大断面巷道支护技术的完善提供依据。
关键词：大断面巷道；围岩变形；支护技术
0.引言煤炭工业在我国国民经济当中占据了非常重要的地位。
在煤炭开采过程中，利用经济合理的开采方式便显得极为重要，这样才能在获取巨大经济效益的同时，又能够使当地居民的生活环境得到有效保护。
目前，在我国大型矿井超过80%的均为煤巷[1]。
煤巷提升了巷道掘进的速度，同时也节省了经济资源与人力物力资源，使煤炭开采更具高效性。
但同时因为煤巷围岩强度要远远小于岩巷，从而造成煤巷的广泛采用大大增加了巷道的支护难度。
1.大断面煤层巷道围岩变形特征分析1.1 巷道围岩变形破坏较为严重顶板离层范围大，经过井下围岩钻孔窥视离层范围通常为4～5米，局部通常为6 米，比顶板锚杆锚固的范围要大很多，必须采取加长强力锚索支护。
巷道两帮变形量显得较大，如果煤矿沿煤层顶底板掘全高巷道，便会使得顶底板和煤层交界面产生较小的摩擦力，从而产生摩擦力非常小的滑面，在煤帮整体挤出与层间相对滑动的情况下，便会使煤帮的塑性区范围变大，通常在6～7 米，从而导致巷帮支护更为复杂[3]。
所以，巷帮支护需采取锚索对支护强度进行强化，同时使巷帮的塑性区范围得到有效控制，最终使巷帮围岩的稳定性得到有效保持。
1.2 巷道围岩破坏突发性较大在一些特殊地段，比如地质破碎带、小断层及淋水交岔点等情况存在时，因为大断面巷道的高度及跨度均非常大，会造成巷道冒顶突发性更为强烈，并且冒顶范围也非常大。
对于冒落长度，较小范围通常在10 米左右，范围寄到的可达80 米。
冒顶宽度通常要比巷道宽度要小，冒顶高度通常为巷道高度的数倍之多。
在巷道顶板里某一层位具备坚硬岩层的情况下，冒落高度便显得非常小；在巷道顶板是复合顶板的情况下，冒落高度便显得非常大。
1.3 巷道底鼓严重因为巷道支护，导致人们通常重视顶板的支护及煤帮的支护，而对于底板的治理则往往忽视。
同时，由于地下地应力场构造非常复杂，导致巷道很容易造成严重的底鼓现象。
大部分煤矿巷道均会进行相应的巷道起底附加工作，从而使正常的生产需求得到满足，这样便在很大程度上使人力物力造成浪费，进一步使煤矿企业造成了极大的经济损失。
2.大断面巷道支护技术探究2.1 数值模型及计算参数以具体工作面的地质及生产条件为依据，进一步对三维数值模型进行构建。
使用应变软化本构模型对数值进行计算，然而对模型的边界条件加以明确：四周选用铰支、底部选用固支、上部为自由边界。
巷道开挖后，垂直应力需在掘进工作面周围重新分布，在工作面前后方呈现应力降低区与升高区。
同时，对于水平应力，也需在掘进工作面前后方呈现应力降低区与升高区。
但需要充分注意的是，基于工作面后方顶及底板围岩的集中应力，不管大小或者作用范畴，均需比工作面前方大。
除此之外，还需要对应力条件加以明确，垂直应力与最大水平应力分别为7.8MPa、8.1MPa，另外最大水平主应力方向为N45°W。
如表1，为煤岩体物理力学参数。
表1·煤岩体物理力学参数
2.2 巷道支护形式选择需遵循的原则对于巷道支护形式，在选择上需遵循一定的原则，这样才能够为多方面的质量起到保障作用。
其一，能够对巷道围岩变形实现有效控制，同时能够使围岩支护状况得到有效改善。
其二，有利于断面利用率的提高。
能够对巷道围岩变形实现有效控制，同时又能够减小巷道有效空间的占用率，从而使巷道断面利用率大大提升。
其三，能够为安全生产提供便利，在使巷道支护情况维持良好状态的基础上，保证行人顺畅，同时能够为高效的安全生产提供依据。
其四，符合巷道支护成本的有效控制。
对于企业来说，经济效益是生产的根本。
企业均追求最大经济效益。
所以，需要将巷道支护成本降至最低化，同时保证生产质量。
2.3 实际应用如果煤岩体的夹层较厚，同时顶板坚硬，那么巷道开挖之后围岩如果暴露，从空间与时间两方面均需要进行锚杆支护，并且还需要施加足量的预应力。
之所以这样做，主要有两个目的：其一为，能够对围岩离层、滑动等进行有效控制，使它们不发生连续变形现象，进一步使其连续性及完整性得到有效保证。
其二，能够使围岩压应力得到有效降低，同时降低偏应力，有效抑制拉应力区及剪破坏情况的发生。
以上述要点为依据，以相应的工作面运输与回风巷道为试验对象，对其进行了高强度预应力锚杆支护计算和设计。
图2·巷道支护布置图示如图2 所示，为巷道支护布置图示。
进一步对巷道表面位移与顶板离层的结果进行观察分析，得出结论为：巷道整体变形控制良好，同时围岩的稳定性也非常好，并且巷道支护取得了良好的作用效果。
在这里，不得不提到的是，本次使用的是高强度预应力锚杆锚索与钢带金属网相结合的支护方式，实现了对特厚夹层的有效控制，同时对坚硬顶板大断面掘进巷道的围岩变形具有高强度的实用价值。
3.结语通过本课题的探究，认识到许多因素会对巷道围岩的稳定性造成影响。
其中最主要的因素便是巷道断面的尺寸变化。
在巷道断面逐渐扩大的基础上，巷道围岩的变形便会剧烈上升，进一步导致塑性区范围变大。
笔者认为，在巷道支护形式的选择上，需遵循一定的原则，比如对巷道围岩变形实现有效控制、能够保证巷道支护成本得到有效控制等。
【参考文献】[1]伍永平.张永涛.解盘石.曾佑富.急倾斜煤层巷道围岩变形破坏特征及支护技术研究[J].煤炭工程,2012,01：92-95.[2]严红.何富连.徐腾飞.深井大断面煤巷双锚索桁架控制系统的研究与实践[J].岩石力学与工程学报,2012,11：48-57.[3]卢博军.李元元.贾浩生.倾斜大
断面煤层巷道耦合控制对策研究[J].中州煤炭,2013,01：1-3.。
