孤岛工作面顺槽防冲耦合让压支护技术研究要点.doc

石家庄中煤杯参评论文 孤岛工作面顺槽防冲耦合让压支护技术研究 陈东印，谈力，王亚杰 [捷马（济宁）矿山支护设备制造有限公司 山东 济宁 272000] 摘 要 针对南屯煤矿具有强冲倾向的73上23孤岛工作面顺槽的实际情况，采用数值计算的方法确定了顺槽易发生冲击地压的区域，并确定了危险的等级。根据此顺槽的特殊地质与采矿条件，设计了防冲耦合让压支护系统对此工作面顺槽进行了支护试验。试验巷道选用直径22mm的高强耦合让压锚杆（让压压力120～150kN）和直径17.8mm耦合让压“鸟窝”锚索（让压压力210～250kN），设计预应力分别为60kN和120kN。监测的试验巷道顶板最大下沉量62mm，两帮最大相对移近量206mm，工作面在回采过程中出现了应力集中现象，未发生冲击地压的灾害。试验表明，此防冲耦合让压支护系统适应此防冲支护的要求，实现了顺槽的成功支护。 关键词 孤岛工作面 耦合让压 冲击地压 鸟窝锚索 ----------------------------------------------------------------------- 1 概 述 1.1 地质采矿条件 南屯煤矿七采区73上23工作面位于七采区北部，工作面北邻73上25工作面采空区，东部为九采三分区南部回风巷，南部为73上21（东）工作面采空区，西为73上21工作面采空区。本工作面设计开采3上煤层，该工作面范围内，3上煤层赋存稳定，煤层的厚度在1.50～6.0m之间，平均厚度5.38m。 73上23工作面皮带顺槽荒宽为4900mm，荒高为3500mm，采用圆弧拱断面，此区域地质柱状图如图1所示。 图1 73上23皮带顺槽地质柱状图 1.2 冲击地压危险性评价结论 根据数值分析及对73上23工作面冲击地压危险性的多因素评价，对危险区域位置、危险程度进行叠加。通过叠加分析，将这些危险区域划分为两类：一般危险区域2个用浅色表示（即老顶初次来压及上部岩层周期断裂危险区）；高度危险区域4个用深色表示（即单工作面见方、双工作面见方、断层危险区、煤柱危险区）。如图2所示。 图2 73上23工作面动力灾害危险区划分图 上述的6个危险区按照开采顺序依次为：第一危险区（老顶初次来压危险区），当工作面推进到距切眼40～50m；第二危险区（单工作面见方危险区），工作面推进到距切眼90～130m；第三危险区（双工作面见方危险区），工作面推进到距切眼200～300m；第四危险区（上部岩层周期断裂区危险区），工作面推过300m以后；第五危险区（煤柱危险区）；第六危险区（断层危险区）。 另外，该工作面为“不对称孤岛面”，工作面两侧的覆岩结构不同，在73上21采空区一侧，上覆岩层完全垮落，断裂岩层已经着矸，地表已经完全沉降，因此在这一侧煤柱上方的支撑压力较小；而另一侧的高位坚硬岩层并未断裂，其仍横跨于两侧的实体煤上方，则其煤柱上方的支撑压力较大，且随着工作面开采，覆岩结构将发生变化，容易引起工作面的动力灾害。因此73上23工作面皮带顺槽一侧冲击危险性更大。 2 耦合支护理念及防冲让压系统分析 2.1 耦合支护理念 耦合支护包括锚杆系统和围岩耦合、锚索系统和围岩耦合、锚杆间耦合及锚杆与锚索的耦合。 锚杆系统和围岩耦合：锚杆支护系统的支护强度和变形性能必须与围岩耦合，以达到围岩的稳定平衡。 锚索系统和围岩耦合：锚索系统作为支护体的一部分，变形性能也必须与围岩耦合，以达到围岩的稳定平衡。 锚杆间的耦合：由于顶板和两帮在不同位置的锚杆所经受的位移和应力过程不同，所以受力差别很大，这有可能造成受力大的锚杆首先破断而将其本应承担的力传递到邻近的锚杆，造成锚杆依次顺序破断[1]。 锚杆和锚索的耦合：锚杆和锚索间的变形耦合也非常重要。从支护体本身来讲，锚杆和锚索具有如下区别： ①延伸率：锚杆的延伸率远大于锚索的延伸率 ②承载能力：锚杆的承载能力离远小于锚索的承载能力 ③支护范围：锚索长度一般来说大于锚杆长度。 如果在设计和使用过程中应用不当，这种差别会导致锚杆或锚索由于变形协调不好而破坏，尤其会出现锚索大量破断现象。 2.2 防冲让压支护系统分析 2.2.1 防冲支护系统设计的关键因素 根据73上23工作面的地质采矿条件，顺槽在掘进和长壁工作面回采期间将经受较大的应力和变形过程，同时，为冲击地压的发生创造了客观条件[2]。顺槽支护设计时不仅要考虑巷道围岩大变形的特性，同时要求锚杆支护系统必须具有防冲特性。 因此作为防冲锚杆、锚索支护设计必须考虑以下四个关键因素： ①锚杆、锚索支护系统的支护原理； ②巷道围岩应力与变形的关系； ③支护系统工作特性与围岩应力、围岩变形关系的耦合； ④防冲系统的灵敏度设计与参数选择。 2.2.2 防冲让压系统分析 冲击地压对支护系统产