近距离煤层采空区下工作面大跨度切眼支护设计
1 引 言
相比于单一煤层开采,近距离煤层开采时矿压显现规律更为复杂,尤其是下煤层开采时,受上煤层开采影响,层间岩层受到一定的损伤破坏,下煤层顶板管理支护更加困难。并且,为满足工作面设备安装、运输等工作,开切眼尺寸往往较大,给支护设计带来了新的挑战[1-2]。本文以某矿近距离煤层采空区下大跨度切眼为工程背景,研究切眼破坏机理以及支护设计,为工作面安全生产提供有力保障。
2 工程概况
某矿可采煤层由上至下分别有2号、3号、8号和9号煤层,其中,6918工作面主采9号煤层,上距8号煤层距约6.5m,属于近距离煤层,层间岩层岩性以砂质泥岩和中粒砂岩为主。煤层厚度为2.13~3.51m,平均2.77m,工作面采用ZY5200/19.5/42型两柱掩护式支架,综合考虑煤层地质条件、设备安装、通风、行人等因素,确定工作面切眼为矩形断面,断面宽度为6.3m,高度为2.8m,属于大跨度切眼,围岩控制相对较难,所以,确定合理的切眼支护方案,是影响工作面安全开采的主要因素之一。
3 大跨度切眼断面破坏机理
一般来讲,我们把宽度大于5.5m的巷道称之为大跨度巷道。相比而言,对于大跨度巷道,更容易发生冒顶、片帮等安全事故,围岩更加破碎,在顶部2个边角处以发生应力集中,导致巷道破坏,巷道支护更加困难。
对于大跨度巷道顶板,分析其受力情况,进行合理简化,建立力学模型,如图1所示。
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图1 巷道顶板受力模型
如图1所示,大跨度巷道顶板可简化为两边固支的薄板,顶板受到上覆岩层作用,载荷集度为q,巷道顶板挠度为:
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式中:w为巷道顶板挠度,m;l为巷道跨度,m。
利用式(4)通过节点域的上下边界和期望值,得到每个指标变量的最优值如表4。综合权重为0.520,0.292,0.188。
顶板张力可由式(2)表示。
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6918工作面大跨度切眼的成功支护,无论是技术角度还是经济角度,都给该矿带来了巨大的收益。
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由式(3)可以看出,顶板挠度与岩层厚度、弹性模量以及巷道跨度有关,当顶板岩性不变时,跨度越大,顶板挠度越大,弯曲变形越严重,支护难度也越高。
图4 为顶板锚杆受力监测图,由图可知,顶板锚杆受拉应力作用,最大值位于锚杆中部,随着时间的变化,顶板锚杆轴向力由40kN增加至100kN,且增幅逐渐减小,受力趋于稳定,支护效果十分显著。
从经济角度来讲,该支护方案取得了良好的效果,极大的降低了工作面切眼维护费用,降低了生产成本,保障了工作面的正常开采,提高了矿井的经济效益。
4 切眼支护设计
4.1 设计基本思路
不稳定性心绞痛(unstable angina pectoris)为冠心病的一种重要分型,临床表现上介于劳累性稳定型心绞痛与急性心肌梗死和猝死之间,若治疗不及时,随时有心肌梗死甚至猝死的危险。目前临床上西医常见治疗以钙离子拮抗剂、口服阿司匹林、硝酸酯类等抗凝、抗血小板聚集、改善心肌供血、降低心肌耗氧量等药物治疗为主[1],近年来研究显示,中西医结合治疗本病优越性较好。复方丹参滴丸是中成药中治疗冠心病的代表药物之一,将其与常用西药联用是否可提高疗效尚不可知。为此本文选取老年不稳定型心绞痛患者64例,分析中西联用治疗效果,报告如下:
4.2 支护参数确定
工作面切眼支护设计如图2所示。
(1)对排入沙河唐山农业用水区的3个排污口(七百户、林西、南范各庄)和陡河唐山工业用水区 (石榴河)1个排污支流汇入,在古冶区沙河两岸建设生态沟渠,将排放的污水进行生态净化处理,满足周边农业用水水质要求。
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图2 切眼支护断面图
从技术角度来讲,8号煤层资源接近枯竭,9号煤层是未来的主采煤层,6918工作面的成功开采,为今后的开采工作积累了丰富的经验,为大跨度切眼支护提供了借鉴价值,为矿井的长远发展奠定了基础。
4.3 支护效果检测
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图3 切眼围岩变形曲线
为了检测工作面大跨度切眼实际支护效果,支护完成后,对切眼围岩变形进行监测,如图3所示。切眼顶板在1个月后变形约185mm,其中,前20天的变形量较大,占总变形的90%,然后变形趋于平稳;两帮1个月后变形月170mm,前25天变形量较大,占总变形的80%,然后趋于平稳。由图可知,采用新的支护方案后,切眼围岩变形较小,满足矿井实际生产的需求。
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图4顶板锚杆受力图
同时,大跨度矿井受埋深影响更为明显,埋深越高,切向应力越大,巷道破坏越严重。且由于巷道位于煤层之中,围岩变形严重,单一锚杆支护难以满足支护需求,对支护参数的合理研究十分必要[3-4]。
某矿6918工作面切眼尺寸为6.3m×2.8m,属于大跨度切眼,单一锚杆支护难以达到预期效果,而要保证巷道在使用期限内安全稳定,必须要防止顶板出现离层。目前,对于切眼支护大多采用锚网索支护的形式,将围岩破碎区域固定在深部稳定区内,能够有效控制围岩变形,保障安全生产[5]。但是考虑本矿实际地质条件,受上覆采空区影响,围岩支护控制更加困难,只采用锚网索支护很难保障围岩稳定,因此,6918工作面切眼拟定采用锚网索+单体支柱+加厚W钢带联合支护的形式,下面,对其支护参数进行简要分析计算。
5 结论
式中:S为顶板张力,kN/m;H为岩层厚度,m;E为岩层弹性模量,MPa;k为岩层泊松比。联立式(1)、(2),可得顶板挠度为:
如图2所示,顶锚杆采用直径为22mm,长度为2.4m的螺纹钢锚杆配合W钢带支护,锚杆采用矩形布置,间排距为0.875m×0.9m;顶板锚索直径为21.6mm,长度为5.3m,采用“五花”布置,顶板铺设2400mm×1000mm的钢筋网;两帮锚杆采用直径为20mm,长度为2.4m的螺纹钢锚杆,每帮布置3根,间排距为0.9m×0.9m,在不回采的一侧铺设2000mm×2400mm的菱形金属网;巷道中部设立单体液压支柱,距离两帮分别为2300mm和2000mm。
本实验分别利用北京二号以及高分二号作为数据源,以上一年度变更调查成果作为底图,进行信息提取,对比分析两者提取得到的图斑面积、属性上的差异评估北京二号在土地变更调查项目中的信息提取能力。
通过对某矿6918工作面实际地质条件的分析研究,得到以下结论:
创设情境,增加幼儿情感体验 逼真的生活场景能够调动幼儿的情绪,激发学习兴趣。如教学“好吃的馕”一节,教师首先为幼儿准备好馕的图片及馕的制作视频,并提前准备好实物馕,为课堂活动准备好馕的课件和橡皮泥。幼儿首先看馕的制作视频,为幼儿提供实践材料,组织幼儿模仿制作馕,让幼儿动手“搓成圆球、压扁、扎花纹”,在趣味教学活动中实践,并进行互动交流,展示作品,增强情感体验,从羞涩不语到可以使用国家通用语言进行正常的沟通和交流。丰富的民族文化能够增强幼儿的初步认识,幼儿的动手操作能力能明显增强。
(1)分析大跨度巷道顶板受力情况,建立力学模型,发现随着巷道跨度的增加,顶板挠度随之增大,弯曲变形严重,支护更加困难。
(2)结合工作面实际条件,确定切眼支护原则,采用锚网索+单体支柱+加厚W钢带联合支护的形式,并给出合理的支护参数。
(3)为检验实际支护效果,对切眼围岩变形和顶板锚杆受力情况进行监测,认为巷道变形较小,符合生产需求,支护显著。
研究结果从技术和经济2个角度均取得了良好效果,为该矿6918工作面安全生产奠定了基础,为后续生产提供了借鉴价值。
[1]张百胜,杨双锁,康立勋,翟英达.极近距离煤层回采巷道合理位置确定方法探讨 [J].岩石力学与工程学报,2008(1):97-101.
[2]张炜,张东升,陈建本,王旭锋,徐猛堂.极近距离煤层回采巷道合理位置确定 [J].中国矿业大学学报,2012,41(2):182-188.
[3]李冲,曹悦,程争民,徐金海,陈梁.大跨度巷道顶板垮冒规律与减跨支护技术研究 [J].采矿与安全工程学报,2015,32(6):978-983,988.
[4]肖丛苗,张顶立,朱焕春,张成平.大跨度地下工程支护结构研究[J].岩土力学,2015,36(S2):513-518,524.
[5]张理生.不稳定厚层泥岩顶板大跨度切眼支护技术研究[J].煤炭工程,2014,46(7):31-33.
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