李東超

摘 要：本文以淮南礦區(qū)丁集煤礦的地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，采用UDEC數(shù)值計(jì)算軟件，分析了高抽巷圍巖應(yīng)力沉降場(chǎng)特征，探討了不同層位布置對(duì)頂板走向高抽巷維護(hù)的影響，以期為鄰近層卸壓瓦斯高效抽采提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：頂板 走向高抽巷 UDEC 應(yīng)力沉降場(chǎng) 層位 選擇

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0067-01

實(shí)踐表明，在類似淮南礦區(qū)丁集煤礦這種大采深、高瓦斯、煤層群開采條件下，布置頂板走向高抽巷是解決瓦斯突出問題的有效方法之一，并且可以對(duì)鄰近煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽以及卸壓，顯著改善鄰近煤層的開采條件。本文以淮南礦區(qū)丁集煤礦的地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對(duì)如果合理選擇頂板走向高抽巷的層位進(jìn)行探討，以期為鄰近層卸壓瓦斯高效抽采提供一定的借鑒。

1 UDEC數(shù)值模型建立

1.1 工程條件分析

高抽巷一般布置于砂質(zhì)泥巖巖層中，砂質(zhì)泥巖的頂?shù)装逡话銥檩^堅(jiān)硬的砂巖，因此巷道一般有兩種層位布置方式：沿堅(jiān)硬頂板掘進(jìn)，沿堅(jiān)硬底板掘進(jìn)。巷道的頂板及兩幫通常有支護(hù)，而對(duì)于底板的控制由于施工較為困難，一般沒有支護(hù)，底鼓嚴(yán)重時(shí)僅通過臥底修復(fù)。決定高抽巷沿頂板掘進(jìn)還是沿底板掘進(jìn)需考慮巷道的控制難點(diǎn)是在頂板還是底板，如果巷道控制難點(diǎn)在底板，巷道沿堅(jiān)硬底板掘進(jìn)會(huì)降低巷道的維控難度，如果巷道控制難點(diǎn)在頂板，問題會(huì)變得不確定，另外控制難點(diǎn)本身是難以判斷的，根據(jù)具體地質(zhì)條件進(jìn)行數(shù)值模擬是研究此問題的較好方法。

因此，本文將通過改變巷道的頂?shù)装鍘r性，來模擬巷道沿堅(jiān)硬頂板掘進(jìn)和沿堅(jiān)硬底板掘進(jìn)兩種狀況，來探討哪種掘進(jìn)方式有利于巷道的維護(hù)。

1.2 模型巖層巖性

UDEC數(shù)值模擬中，除巖石的力學(xué)參數(shù)外，巖塊劃分的大小以及節(jié)理的參數(shù)對(duì)于模擬的結(jié)果也有較大的影響，塊體的大小可根據(jù)勘探鉆孔柱狀圖以及綜合柱狀圖對(duì)于巖層碎裂程度的描述（塊狀、層狀）進(jìn)行劃分，然而節(jié)理的力學(xué)參數(shù)一般缺乏現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)變形多次進(jìn)行調(diào)整，最終使結(jié)果接近實(shí)際。

2 模擬結(jié)果分析

2.1 高抽巷圍巖應(yīng)力沉降場(chǎng)特征

由圖1可知，在平距為25 m，法距為26.7 m的情況下巷道掘進(jìn)期間高抽巷與軌道順槽的垂直應(yīng)力場(chǎng)沒有疊加形成應(yīng)力增高區(qū)，避開了相互之間的開掘擾動(dòng)，高抽巷回采側(cè)垂直應(yīng)力峰值達(dá)到27.8 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.51，非回采側(cè)垂直應(yīng)力峰值達(dá)到31 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.68，非回采側(cè)與回采側(cè)應(yīng)力分布基本相同，也說明高抽巷基本處于軌順開挖影響范圍之外，應(yīng)力顯著增加的區(qū)域在應(yīng)力峰值向外2 m，2～15 m區(qū)域應(yīng)力緩慢減小，在15 m以外進(jìn)入原巖應(yīng)力區(qū)。

2.2 方案比較

丁集煤礦實(shí)際巷道頂板沿2.3 m厚的中細(xì)砂巖掘進(jìn)，巷道布置于5.7 m厚的砂質(zhì)泥巖中，底板為2.5 m厚的砂質(zhì)泥巖，將頂板為中細(xì)砂巖底板為砂質(zhì)泥巖的視為方案一，即為沿堅(jiān)硬頂板掘進(jìn)的方案，方案二將頂板0.8 m的粉砂巖和2.3 m厚的中細(xì)砂巖變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，將2.5 m厚的砂質(zhì)泥巖變?yōu)橹屑?xì)砂巖，即沿堅(jiān)硬底板掘進(jìn)的方案。為方便敘述，沿堅(jiān)硬頂板布置巷道稱為方案一，沿堅(jiān)硬底板布置巷道稱為方案二。在巷道掘進(jìn)期間，方案二的頂?shù)装逡平繛榉桨敢坏?0%，比方案一小40 mm，由于方案二的頂板強(qiáng)度較方案一的低而底板強(qiáng)度較高，因此頂板下沉量變大，而底鼓量變小，方案二的頂板下沉量為方案一的135%，方案二的底鼓量為方案一的62%。兩種方案下幫部變形基本相同，方案二略大。

回采期間兩種方案下巷道收斂對(duì)比可知?jiǎng)訅河绊懴?，方案二的頂?shù)装逡平繛榉桨敢坏?3%，比方案一小53 mm，其中方案二的底鼓量為方案一的72%，比方案一小35 mm，方案二頂板下沉量減少18 mm。由巷道的幫部變形可知方案二的兩幫移近量為方案一的88%，比方案一小6 mm，兩種方案下幫部變形也基本相同。

3 結(jié)語

通過UDEC數(shù)值模擬，研究了高抽巷在動(dòng)壓影響下巷道圍巖應(yīng)力及沉降規(guī)律并探討了高抽巷層位對(duì)巷道維護(hù)的影響，得到如下結(jié)論：

（1）兩種方案的差異主要表現(xiàn)在頂?shù)装逡平可?，沿?jiān)硬頂板掘進(jìn)還是沿堅(jiān)硬底板掘進(jìn)對(duì)于巷道兩幫變形的影響差異不大。

（2）兩方案對(duì)于巷道變形的影響主要表現(xiàn)在工作面回采期間即受動(dòng)壓影響期間，巷道掘進(jìn)期間巷道因方案的不同變形量差異較小。

（3）根據(jù)分析來看，在此種地質(zhì)條件下，巷道沿堅(jiān)硬底板掘進(jìn)比巷道沿堅(jiān)硬頂板掘進(jìn)巷道變形要小，巷道更容易維護(hù)。實(shí)際工程中巷道底板可沿2.3 m厚的中細(xì)砂巖掘進(jìn)高抽巷。

參考文獻(xiàn)

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