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三软煤层巷道矿压规律及支护技术研究
刘玉卫(1,22,黄克军1,李红行2,商铁林1,3,张艳丽1
作者姓名之间用逗号隔开,如果作者单位有多个,要分别在作者名上角标记相应的1.2.3等.
(1.西安科技大学能源学院,西安710054,2.郑州煤炭工业(集团)有限责任公司,河南郑州450042.榆林学院学院,陕西榆林719000
摘 要:关 键 词:三软煤层回采巷道矿压显现支护关 键 词尽量选用规范词～个关 键 词文献标志码:A 不加"引言","前言","绪论"等标题.此部分应引述在这一领域的最新进展与问题,从而引出本工作的价值.
三软煤层即顶板软,底板软,煤层软,在我国有许多矿区存在.长以来,三软煤层回采巷道支护问题一直是困扰生产的难题[1~4].郑煤集团白坪煤业主采二1煤层属于典型的三软煤层.回采巷道变形破坏严重,采用单一U型钢可缩性拱形支架支护,不十分理想,返修率高.为此,通过立项对三软回采巷道的支护进行了研究,通过采用U型棚+锚网索支护技术,有效控制了巷道围岩变形[5].1回采巷道变形破坏特征
1.1回采巷道围岩地质条件
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收稿日期:按作者投稿日期填写,年月日间用短画连接.
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作者简介:姓名(出生年—),性别,民族(汉族可省略), 11211综放工作面位于白坪11采区,平均采深约619m,主采二1煤层平均厚度5.5m,倾向135°,倾角最大4°,平均10°,煤层普氏硬度系数f等于0.15,容重1380kg/m3,煤层呈黑色,块状,粉末状,具有玻璃光泽,半亮型煤,煤层赋存疏松,属于典型的松软不稳定煤层.老顶(直接顶)为中粒砂岩,厚度为15.3m,灰色,成分以石英,长石为主,含少量岩,炭屑,具断续的缓波状及交错层理.直接底为砂质泥岩,深灰色,厚度为5.37m,成分以石英,岩屑为主,泥质胶结,缓波状,脉状层理.老底为石灰岩,厚度为1.55m,深灰色,隐晶质,呈参差状断口,含大量腕足类动物化石及碎屑.二1煤层顶底板岩层厚度及力学性质见表1.1","1.1","1.1.1"形式编排.文中尽量不用"我们"字样.一级标题(1),二级标题(1.1)占一行不接排,标题(1.1.1)句号后正文接排.
表1围岩力学岩性名称密度
kg/m3岩层厚度
/m体积模量
10/MPa剪切模量
10/MPa内摩擦角
/(0)粘聚力
C/MPa(老顶)中粒砂岩264315.32.372.64547.6二1煤13805.501.041.123125.4(直接底)砂质泥岩27755.370.5332.183417.3(老底)石灰岩27351.553.532.1635.548.67/MPa.
表注分两种:一种是对全表的综合性注释,以不加括号的阿拉伯数字编号,数字前冠以"注:",注文回行时左边顶格,每注末加句号,另一种表注与表内某处文字或数字对应,这时表内文字或数字右上角加"*,**"字样,表注也以"*,**"引出注释文字.
表内物理量尽量用符号表示.物理量与单位间用斜线,两者不能并列时,斜线与单位一起排于物理量下方.
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1.2巷道原支护方式
11211综采工作面位于11采区东翼,工作面基本沿走向布置,工作面回风顺槽,运输顺槽均选用29U型钢半圆拱形支架支护,沿底掘进.回风顺槽12.7m2,并采用U型钢支架支护投入生产后,回风顺槽,运输顺槽要进行超前5-10m替棚,替棚后回风槽规格为4.0×3.0m,运输顺槽规格为4.0×3.0m.
1.3回采巷道变形破坏特征
选11211综放工作面巷道进行围岩变形观测,变形破坏特征如图1所示围岩两帮和顶底移近量分布规律图2图3.根据围岩变形破坏有如下规律:
(1)围岩强度低.巷道两帮为二1煤,煤质松软破碎,直接顶为砂岩,顶板裂隙,节理,层序发育,直接底为泥岩砂质泥岩,水平层理,遇水软化膨胀.
(2)围岩变形剧烈.巷道总体变形明显,工作面超前支承压力带内巷道断面收缩率达50%以上,表现为四周移近变形两帮内移顶板下沉底板鼓起.围岩两帮最大变形量600mm左右,围岩顶底板最大移近量在1000mm左右.
()11211综放工作面巷道超前支承压力峰值在煤壁前方12m左右,超前支承压力带的影响范围距煤壁069m左右,距煤壁044m为采动影响明显区,在距煤壁030m范围内影响剧烈.
图1巷道变形破坏特征等
图2围岩两帮移近量曲线图3围岩顶底板移近量曲线
图BP-GA计算过程
2围岩的自稳平衡拱理论
在无支护情况下,巷帮垮落角45°左右,巷道片帮冒落的极限深度最大为(为巷帮高度).此时,平衡拱也将会变到最大,称为"极限自稳平衡拱"[],其方程为:
巷道顶板松动区域的高度
由自稳平衡拱方程:
可知当等于0时,(1)
(2)在无支护情况下,巷道片帮冒落的极限深度最大为,则极限自稳平衡拱的极限高度为:
当等于0时,(2)
式中:巷道原始宽度,m,:抗拉强度,MPa,P0:原岩应力,MPa,:抗拉强度,MPa,L:片帮深度,m,hw:巷帮高度,m.3锚杆(索)支护参数设计
支护试验巷道为11采区11211回风巷.支护试验巷道为拱形,宽m,高3m.根据煤岩物理力学参数围岩变形破坏规律分析,采用U型钢+锚网索支护方式控制围岩.考虑回采影响,按照自稳平衡拱支护理论确定锚杆(索)基本参数[].
3.1原巷道断面情况
巷道断面为拱形,支护形式为29U型钢支护.巷道断面面积为S等于12.7m2:巷道原始宽度为3.7m,巷帮高度为1.3m,拱高度为1.8m.
3.2巷道围岩松动区域的确定
当原岩应力:kN/m2(取上覆岩层容重为26.4kN/m3),在无支护情况下,巷道冒落片帮的极限深度最大为,岩体的抗拉强度取:1.98MPa.
带入式(1)得巷道顶板平衡拱高度为:
带入式(2)得巷道顶板极限平衡拱高度为:
3.3锚杆(索)支护的参数确定
根据自稳平衡拱曲线方程,计算得到巷道顶板自稳平衡拱高度:ymax等于2.98m,巷道顶板极限平衡拱高度为:ymax等于6.26m,达到极限平衡拱最大高度,普通锚杆就难以达到理想的支护效果,改选锚索进行支护比较合理.
(1)锚杆(索)长度的确定
顶板锚杆长度:
顶板锚索长度:
帮部锚杆长度:
其中,:锚杆锚入围岩破坏范围之外的深度与锚杆外露长度之和,取0.50.7m,
由上述公式,经计算确定,顶板锚杆长度为:等于3.5m,顶板锚索长度为:等于7.0m,帮锚杆长度为:等于1.2m,结合实际情况,取2m.
(2)锚杆间排距
其中,Z:锚杆锚入自稳平衡拱范围之外的额定深度,取0.35m,a:巷道的半跨距,m,b:自稳平衡拱高度,m.
等于0.62m
由计算确定锚杆的间排距为0.65m.
(3)金属网
由于顶板岩层松软破碎,用金属网加强锚杆间松碎围岩的防护,金属网选用10#铁丝菱形网,网格50×50mm.支护效果
在巷道内设置组观测站对巷道表面位移量进行观测检验支护效果如图所示测站巷道顶底板变形1个月内就趋于稳定,顶底板平均变形速率约0.67mm/d2个月才趋于稳定两帮平均变形速率约1.1mm/d两帮和顶底板最大移近量分别为mm和mm.
观测结果表明,采用支护技术后,工作面巷道维护状况良好.
图测站围岩表面位移观测结果结论
根据对三软煤层回采巷道的支护,得到了以下几点结论:
三软煤层巷道围岩具有不稳定易破碎强度低变形大难支护等特点
(2)11211工作面超前支承压力峰值在煤壁前方12m左右超前支承压力带的影响范围距煤壁069m,距煤壁044m为采动影响明显区在距煤壁030m左右范围内影响剧烈
(3)自稳平衡拱确定了巷道顶板的松动范围在3m左右,极限松动范围为6m左右
(4)锚网索配合U型棚支护能有效控制三软不稳定煤层巷道围岩的离层和不协调变形,有效加固和控制了三软煤层巷道围岩.的序号左顶格并用数字加方括号表示,如[1],[2],等,参考文献:
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ResearchonSupportingTechnology&,RegularityofMiningRoadwayPressureinThree-softSeam
英文题目与中文题目对应,名词,动词,形容词等实词首字母均需大写,冠词,连词,介词等虚词首字母均为小写.要求翻译专业,准确
LIUYu-wei1,2,QINGuo-liu2,HUANGKe-jun1,LIHong-hang2,SHANGTie-lin1,ZHANGYan-li1
英文作者姓名与中文要相对应,作者单位上标注意必须加上,其间用逗号隔开.姓大写,名首字母大写,双拼音之间加"-".
(1.SchoolofEnergyEngineering,Xi'anUniversityofScience&,Technology,Xi'an710054,China,2.ZhengzhouCoalIndustry(Group)LimitedLiabilityCompany,Zhengzhou450042,China,3.SchoolofEnergyEngineering,YulinUniversity,Yulin719000,China)
英文作者单位:1.二级单位,一级单位,单位所在城市邮编,国家,2.等
Abstract:AccordingtotheanalysisofthetestinBaipingCoalMine,obtainedcharacteristicsofdeformationandfailureinthreesoftseamroadway,Usethetheoryoflimitequilibriumarch,analysisanddeterminedthesupportparametersofbolt(cable)+Ushedinthree-softseamroadway.On-sitetestingshowsthatusethissupportschemecanefficientlycontrolthesurroundingrockdeformationinthree-softseamroadway.
英文摘 要应尽量与中文相对应(不必完全一致),应包括论文研究目的,方法,结果和结论,Keywords:three-softcoalseam,miningroadway,stratabehior,limitequilibriumarch,support
英文关 键 词与中文关 键 词对应,除专有名词外首字母小写,词间用分号隔开.