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【摘要】笔者结合多年实际工程经验，以山西华南煤矿为例，通过分析处理观测到的数据，研究采动及工作面的矿压规律对巷道支护的影响。计算分析采用FLAC3D三维数值；应用HC-45型压力盒，YTL-130型原图自记仪，JSS30A收敛计观测回采工作面的矿压；采用CM-12测力锚杆及MCJ-10锚杆测力计测试顺槽巷道锚杆的力学性能及工作状态。在此基础上对锚杆支护结构的合理性进行了分析，评价了悬移支架整体的合理性，进而评价了采动影响因素与巷道支护现状，对巷道锚杆支护参数进行了优化，为煤矿能够实现安全管理生产提供科学依据。
【关键词】悬移支架；工作面采动；巷道支护
【 abstract 】 the author combined with years practical engineering experience, with the south China coal mine in Shanxi Province as an example, through the analysis of the observed data mining and the mine pressure regularity of the influence of support. The calculation analysis FLAC3D three-dimensional numerical; Applied HC-45 type pressure box, YTL-130 type since the written instrument, JSS30A convergence plan observation of mining mine pressure; The CM-12 force measurement anchor and MCJ-10 anchor CeLiJi test of the trough of the mechanical performance and working state. On the basis of the bolt supporting the rationality of the structure are analyzed, and the overall evaluation of movable support the rationality of the evaluation and mining factors and the present situation of support, the roadway bolt supporting parameters are optimized for coal mine safety production management can achieve provide the scientific basis.
【 key words 】 movable support; Mining face; Of support
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：
引言：煤矿的安全生产管理离不开合理的巷道支护，可以认为，对巷道进行合理的支护到目前为止仍然是保证正常和安全生产的基本手段。山西华南煤矿为了实现安全生产，保证高效高产，采煤工作面采用了能一次采全的整体悬移支架高技术，悬移支架型号ZH2000/15/35Z。为了加强顶板的科学管理，对顶梁组合液压支架的整体适用性进行评价，保证顺槽巷道安全，对煤矿采区巷道和回采工作面实施精确的矿压观测，研究分析了巷道支护在回采过程中受采动影响的规律，以便实现对巷道支护的优化设计及进行合理的矿压控制，为煤矿的安全生产提供有力的科学依据。
煤矿生产中的巷道支护
煤矿的安全生产管理离不开合理的巷道支护，可以认为，对巷道进行合理的支护到目前为止仍然是保证正常和安全生产的基本手段。巷道支护材料，巷道支护形式的选择取决于巷道压力大小，巷道围岩性质，巷道的用途，巷道的服务年限以及巷道的断面形状等因素。传统的巷道支护有混凝土及料石砌碹，木支护，钢支护等。目前，锚杆支护和喷射混凝土支护是被广泛采用的巷道支护方式。
梯形棚子是木支架的常用结构，棚子之间的距离通常在0.5~1.0m之间，在少数特别坚硬的巷道中也经常采用带帽点柱。木材支架的优点是加工较容易，重量轻，能够灵活适应巷道条件的变化，具备一定的支撑能力，当棚子间的距离为一米时，其对顶板的支撑能力可达到，目前在一些矿区中仍然广泛使用这种支架。一般來说这种支架并不作为主要的支护形式，只使用于局部地区。木支架的缺点显而易见，木支架易于腐烂，强度低，维修费用高，使用期短，不防火，通风阻力大，很难适应围岩的移动，当巷道变形量超过200mm时木支架极有可能遭到破坏。此外，我国木材短缺，并不推荐采用木支架作为巷道支护方式。
石材支护是以人工石材及天然石材为主要原料，支护方式为水泥砂浆胶结。它和混凝土砌碹支护主要用于地压较大，服务时间较长的井筒和主要巷道，作为永久支护。人工石材主要有：混凝土加钢筋浇铸成的混凝土块；混凝土浇铸成的混凝土砖；粘土坯烘浇成的普通砖。石材支护相对木材支护来说更耐久坚固，砌筑速度比混凝土支护更快，且能及时承受地压。天然石材是砂岩，石灰岩，玄武岩，正长岩，花岗岩等经加工而成的石料，也称为料石，其使用寿命可达20~30年，广泛为竖井井筒所采用。
悬移支架工作面采动对巷道支护的影响
以山西华南煤矿2号煤为例浅谈悬移支架工作面采动对巷道支护的影响。山西华南煤矿2号煤的煤层厚度平均3.15m，该煤层总体为南低北高的单斜构造，煤层倾角10度，煤层稳定。顶板属灰色泥岩，其厚度为0.65m，直接顶是粉砂岩，厚度为2.55m；底板属粉砂岩，厚度为1.95m，3号煤层位于2号煤层之下。回采工作面倾向度为85m，走向长度为600m。运输巷为矩形，长610m，宽2.5m，高2.1m。回风巷也为矩形，长680m，宽2.3m，高2.1m。采用16mm*1600mm树脂锚杆作为巷道顶板支护。
根据以上所述煤层的实际情况，确定如下工程测试技术方案，对巷道围应力，工作面顶板周期来压，工作载荷，巷道锚杆工作载荷，支架载荷等进行观测。具体观测项目包括：1.采用CM-12型测力锚杆对锚杆支护受动压影响的效果进行测试；2.采用MCJ-10型锚杆测力计对巷道支护受采动的影响效果进行监测；3.采用JSS30A型数显矿用收敛计对巷道两帮的移进量进行观测；4.采用HC-45型压力盒对巷道单体支柱阻力进行测试；5.采用YTL-130型圆周自记仪对载荷进行观测。5.采用FLAC3D三维数值计算分析拟合回采面对巷道支护造成的采动影响。分析表明，顺槽巷道受工作面的采动影响明显，影响范围达到20~25m，巷道受到的破坏基本上以剪切破坏为主，施工中需要特别强调保持顶板两侧锚杆向外倾斜度为15度，并保证预紧力达到设计要求。
工程测试结果与分析包括矿压显现规律分析，锚杆工作载荷分析，锚杆轴向应力分布等。具体分析结果如下：首先是矿压显现规律分析。支护载荷沿工作面推进距离和时间变化曲线表明，机头2号测线顶板的平均压步距为12.6m，机尾4号测线顶板来压的平均步距为11.4m。因此，工作面的平均周期来压步距是12m，来压的平均动压系数为1.96。其次是锚杆工作载荷分析。锚杆工作载荷的观测是采用MCJ-10型锚杆测力计实现的，锚杆工作载荷是指采动器件锚杆载荷随应力变化和围岩变形的特性。观测数据显示顶点平均工作载荷为11.9KN，左帮测点的平均工作载荷为36.7KN，右帮测点的平均载荷为11.4KN。很明显，右侧靠近采面一侧的煤帮锚杆受力比左侧小得多，左帮受力是右帮受力的3.2倍，并且机尾部锚杆载荷比机头部高出3.1倍。再次是锚杆轴向的应力分布。采用CM-12型测力锚杆对锚杆轴向应力变化进行观测，观测数据显示锚杆轴向应力在回采工作面顶板来压时明显增大，顶点峰值平均为65.7KN，左帮峰值平均为61.6KN，右帮峰值平均为71.7KN，锚杆实测局部轴向力远超过圆钢锚杆屈服极限，因此应优化修正锚杆的支护参数。
结论
通过以上工程测试分析，可以归纳出悬移支架工作面采动对巷道支护的影响，在此基础上提出相应的应对措施。具体结论和应对措施如下：
(1)实测分析表明，周期来压期间，支护压力明显增大。工作面支柱平均载荷达到30MPa,中部压力明显高于机头和机尾，分别高出了39%和16%，因此，应加权工作面支架尤其是工作面中部的管理。
(2)工作面老顶周期的来压规律较为明显，其平均周期的来压步距为12.0m，平均动压系数为1.96。
(3)锚杆的轴向应力在工作面顶板来压时明显增大，其增幅达到35%，顶板锚杆轴力峰值超过圆钢锚杆的屈服极限。因此，应优化修正锚杆支护参数，采用18左旋螺纹钢锚杆作为顶板锚杆，保证安全生产。
(4)FLAC3D三维数值计算实测与分析表明，顺槽巷道受工作面采动的影响较为明显，其影响范围大约在20~25m，巷道受到的破坏主要为剪切破坏，因此应该加强巷道超前支护管理。
(5)实测研究表明，回采工作面若采用型號ZH2000/15/35Z的整体顶梁组合液压支架作为巷道支护是可行的。但应加大初撑力，加强支架管理，才能确保来压期间的生产安全。
(6)实测数据显示右帮测点的平均工作载荷为11.4KN，左帮测点的平均工作载荷为36.7KN，很明显左侧靠近采面一侧的煤帮其锚杆受力较大，是右帮受力的3.2倍。并且机头部锚杆工作载荷小于机尾部锚杆工作载荷，机尾部工作载荷比机头部高出3.1倍。因此，应该加强煤帮尤其是机尾回风巷道的支护管理。
参考文献
[1] 郝成翥,苏学贵.整体悬移支架回采工作面矿压显现规律研究[J].山西煤炭,2010,(05).
[2] 胡文强.锚梁网联合支护技术在急倾斜薄煤层中的应用[J].中国煤炭,2009,(12).
[3] 江雷,王庆雄.让压锚杆支护技术在漳村矿2203瓦斯巷的应用[J].煤,2011,(05).
[4] 张连伟,王本强,张军舰,孔令峰.离层型薄页岩下回采巷道支护技术研究[J].煤炭科技,2008,(01).
[5] 严红,何富连,韩红强,李宏彬,张军辉.等面弱结构双支护在高支承应力煤巷中的应用[J].煤炭技术, 2010,(10).
[6] 宋慧.浅谈如何加强回采工作面采空侧顺槽支护[J].科技资讯,2011,(17).
[7] 常国徽,段佳佳,许多兵,赵书兵,王浩东,董雨,刘传俊. 矿井深部区域巷道支护分析[J].中州煤炭, 2011,(02).
【关键词】悬移支架；工作面采动；巷道支护
【 abstract 】 the author combined with years practical engineering experience, with the south China coal mine in Shanxi Province as an example, through the analysis of the observed data mining and the mine pressure regularity of the influence of support. The calculation analysis FLAC3D three-dimensional numerical; Applied HC-45 type pressure box, YTL-130 type since the written instrument, JSS30A convergence plan observation of mining mine pressure; The CM-12 force measurement anchor and MCJ-10 anchor CeLiJi test of the trough of the mechanical performance and working state. On the basis of the bolt supporting the rationality of the structure are analyzed, and the overall evaluation of movable support the rationality of the evaluation and mining factors and the present situation of support, the roadway bolt supporting parameters are optimized for coal mine safety production management can achieve provide the scientific basis.
【 key words 】 movable support; Mining face; Of support
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：
引言：煤矿的安全生产管理离不开合理的巷道支护，可以认为，对巷道进行合理的支护到目前为止仍然是保证正常和安全生产的基本手段。山西华南煤矿为了实现安全生产，保证高效高产，采煤工作面采用了能一次采全的整体悬移支架高技术，悬移支架型号ZH2000/15/35Z。为了加强顶板的科学管理，对顶梁组合液压支架的整体适用性进行评价，保证顺槽巷道安全，对煤矿采区巷道和回采工作面实施精确的矿压观测，研究分析了巷道支护在回采过程中受采动影响的规律，以便实现对巷道支护的优化设计及进行合理的矿压控制，为煤矿的安全生产提供有力的科学依据。
煤矿生产中的巷道支护
煤矿的安全生产管理离不开合理的巷道支护，可以认为，对巷道进行合理的支护到目前为止仍然是保证正常和安全生产的基本手段。巷道支护材料，巷道支护形式的选择取决于巷道压力大小，巷道围岩性质，巷道的用途，巷道的服务年限以及巷道的断面形状等因素。传统的巷道支护有混凝土及料石砌碹，木支护，钢支护等。目前，锚杆支护和喷射混凝土支护是被广泛采用的巷道支护方式。
梯形棚子是木支架的常用结构，棚子之间的距离通常在0.5~1.0m之间，在少数特别坚硬的巷道中也经常采用带帽点柱。木材支架的优点是加工较容易，重量轻，能够灵活适应巷道条件的变化，具备一定的支撑能力，当棚子间的距离为一米时，其对顶板的支撑能力可达到，目前在一些矿区中仍然广泛使用这种支架。一般來说这种支架并不作为主要的支护形式，只使用于局部地区。木支架的缺点显而易见，木支架易于腐烂，强度低，维修费用高，使用期短，不防火，通风阻力大，很难适应围岩的移动，当巷道变形量超过200mm时木支架极有可能遭到破坏。此外，我国木材短缺，并不推荐采用木支架作为巷道支护方式。
石材支护是以人工石材及天然石材为主要原料，支护方式为水泥砂浆胶结。它和混凝土砌碹支护主要用于地压较大，服务时间较长的井筒和主要巷道，作为永久支护。人工石材主要有：混凝土加钢筋浇铸成的混凝土块；混凝土浇铸成的混凝土砖；粘土坯烘浇成的普通砖。石材支护相对木材支护来说更耐久坚固，砌筑速度比混凝土支护更快，且能及时承受地压。天然石材是砂岩，石灰岩，玄武岩，正长岩，花岗岩等经加工而成的石料，也称为料石，其使用寿命可达20~30年，广泛为竖井井筒所采用。
悬移支架工作面采动对巷道支护的影响
以山西华南煤矿2号煤为例浅谈悬移支架工作面采动对巷道支护的影响。山西华南煤矿2号煤的煤层厚度平均3.15m，该煤层总体为南低北高的单斜构造，煤层倾角10度，煤层稳定。顶板属灰色泥岩，其厚度为0.65m，直接顶是粉砂岩，厚度为2.55m；底板属粉砂岩，厚度为1.95m，3号煤层位于2号煤层之下。回采工作面倾向度为85m，走向长度为600m。运输巷为矩形，长610m，宽2.5m，高2.1m。回风巷也为矩形，长680m，宽2.3m，高2.1m。采用16mm*1600mm树脂锚杆作为巷道顶板支护。
根据以上所述煤层的实际情况，确定如下工程测试技术方案，对巷道围应力，工作面顶板周期来压，工作载荷，巷道锚杆工作载荷，支架载荷等进行观测。具体观测项目包括：1.采用CM-12型测力锚杆对锚杆支护受动压影响的效果进行测试；2.采用MCJ-10型锚杆测力计对巷道支护受采动的影响效果进行监测；3.采用JSS30A型数显矿用收敛计对巷道两帮的移进量进行观测；4.采用HC-45型压力盒对巷道单体支柱阻力进行测试；5.采用YTL-130型圆周自记仪对载荷进行观测。5.采用FLAC3D三维数值计算分析拟合回采面对巷道支护造成的采动影响。分析表明，顺槽巷道受工作面的采动影响明显，影响范围达到20~25m，巷道受到的破坏基本上以剪切破坏为主，施工中需要特别强调保持顶板两侧锚杆向外倾斜度为15度，并保证预紧力达到设计要求。
工程测试结果与分析包括矿压显现规律分析，锚杆工作载荷分析，锚杆轴向应力分布等。具体分析结果如下：首先是矿压显现规律分析。支护载荷沿工作面推进距离和时间变化曲线表明，机头2号测线顶板的平均压步距为12.6m，机尾4号测线顶板来压的平均步距为11.4m。因此，工作面的平均周期来压步距是12m，来压的平均动压系数为1.96。其次是锚杆工作载荷分析。锚杆工作载荷的观测是采用MCJ-10型锚杆测力计实现的，锚杆工作载荷是指采动器件锚杆载荷随应力变化和围岩变形的特性。观测数据显示顶点平均工作载荷为11.9KN，左帮测点的平均工作载荷为36.7KN，右帮测点的平均载荷为11.4KN。很明显，右侧靠近采面一侧的煤帮锚杆受力比左侧小得多，左帮受力是右帮受力的3.2倍，并且机尾部锚杆载荷比机头部高出3.1倍。再次是锚杆轴向的应力分布。采用CM-12型测力锚杆对锚杆轴向应力变化进行观测，观测数据显示锚杆轴向应力在回采工作面顶板来压时明显增大，顶点峰值平均为65.7KN，左帮峰值平均为61.6KN，右帮峰值平均为71.7KN，锚杆实测局部轴向力远超过圆钢锚杆屈服极限，因此应优化修正锚杆的支护参数。
结论
通过以上工程测试分析，可以归纳出悬移支架工作面采动对巷道支护的影响，在此基础上提出相应的应对措施。具体结论和应对措施如下：
(1)实测分析表明，周期来压期间，支护压力明显增大。工作面支柱平均载荷达到30MPa,中部压力明显高于机头和机尾，分别高出了39%和16%，因此，应加权工作面支架尤其是工作面中部的管理。
(2)工作面老顶周期的来压规律较为明显，其平均周期的来压步距为12.0m，平均动压系数为1.96。
(3)锚杆的轴向应力在工作面顶板来压时明显增大，其增幅达到35%，顶板锚杆轴力峰值超过圆钢锚杆的屈服极限。因此，应优化修正锚杆支护参数，采用18左旋螺纹钢锚杆作为顶板锚杆，保证安全生产。
(4)FLAC3D三维数值计算实测与分析表明，顺槽巷道受工作面采动的影响较为明显，其影响范围大约在20~25m，巷道受到的破坏主要为剪切破坏，因此应该加强巷道超前支护管理。
(5)实测研究表明，回采工作面若采用型號ZH2000/15/35Z的整体顶梁组合液压支架作为巷道支护是可行的。但应加大初撑力，加强支架管理，才能确保来压期间的生产安全。
(6)实测数据显示右帮测点的平均工作载荷为11.4KN，左帮测点的平均工作载荷为36.7KN，很明显左侧靠近采面一侧的煤帮其锚杆受力较大，是右帮受力的3.2倍。并且机头部锚杆工作载荷小于机尾部锚杆工作载荷，机尾部工作载荷比机头部高出3.1倍。因此，应该加强煤帮尤其是机尾回风巷道的支护管理。
参考文献
[1] 郝成翥,苏学贵.整体悬移支架回采工作面矿压显现规律研究[J].山西煤炭,2010,(05).
[2] 胡文强.锚梁网联合支护技术在急倾斜薄煤层中的应用[J].中国煤炭,2009,(12).
[3] 江雷,王庆雄.让压锚杆支护技术在漳村矿2203瓦斯巷的应用[J].煤,2011,(05).
[4] 张连伟,王本强,张军舰,孔令峰.离层型薄页岩下回采巷道支护技术研究[J].煤炭科技,2008,(01).
[5] 严红,何富连,韩红强,李宏彬,张军辉.等面弱结构双支护在高支承应力煤巷中的应用[J].煤炭技术, 2010,(10).
[6] 宋慧.浅谈如何加强回采工作面采空侧顺槽支护[J].科技资讯,2011,(17).
[7] 常国徽,段佳佳,许多兵,赵书兵,王浩东,董雨,刘传俊. 矿井深部区域巷道支护分析[J].中州煤炭, 2011,(02).