针对15号煤层浅埋深、坚硬直接顶条件， 支护方案使用大直径锚索、超高强锚杆、高刚度金属网和钢带， 加大锚杆 （索） 间排距， 形成了“高强度、高刚度、低密度”的支护方案.
以下为本篇论文正文：
摘 要：文章针对段王矿15号煤层浅埋深、坚硬直接顶的赋存条件， 在FLAC数值模拟的基础上， 设计了回采巷道支护方案。使用大直径锚索、超高强锚杆、高刚度金属网和钢带， 加大锚杆 （索） 间排距， 形成了“高强度、高刚度、低密度”的支护方案， 充分发挥支护结构的支护效能， 提高掘进速度， 减少耗材， 降低支护成本。
关键词：浅埋深； 坚硬顶板； 快速掘进；
Abstract:In view of the occurrence condition of shallow buried depth and hard direct roof in No.15 seam of Duanwang Coal Mine, and based on FLAC numerical simulation, the supporting scheme of mining roadway is designed. By using large diameter anchor cable, super high strength anchor rod, high rigidity metal mesh and steel strip, this paper intends to increase the distance between anchor rods （cables） , forming the support scheme of “high strength, high stiffness and low density” to give full play to the support efficiency of the supporting structure., so as to improve the speed of driving, reduce the consumption of materials, and cut down the cost of support.
Keyword: shallow burying depth; hard roof; rapid tunneling;
1、 工程概况
段王矿15号煤层位于太原组下段上部， 上距11号煤层21.00~67.47m, 平均49.60m.煤层厚度3.19~5.02m, 平均4.31m, 结构简单~复杂， 含0~3层夹矸， 夹矸单层最大厚度为1.11m, 为全区稳定可采煤层。
顶板为 （K2下） 石灰岩， 厚度1.60~2.60m, 平均1.80m, 节理、裂隙较发育， 比较坚硬。底板为砂质泥岩， 厚度3.50~9.34m, 平均5.00m, 节理、裂隙较不发育， 坚硬程度属软弱岩-半坚硬岩。
2、 数值模拟
2.1、 数值模拟方案
用FLAC3D建立数值模拟模型。巷道尺寸宽×高=4.5m×3.5m, 沿15号煤顶板掘进。模型尺寸宽×高=34.5m×37.5m, 顶部边界施加岩层自重应力6.17Mpa, 左右边界水平应力大小自下至上以应力梯度为25KPa/m的速度减小， 底部边界应力为7.12MPa.顶底板岩性及相关参数如表1所示。
2.2、 数值模拟结果分析
2.2.1、 巷道位移
巷道开挖后未支护时的位移场如图1所示。
由图1 （a） 可知， 巷道开挖后， 顶板的位移量要远远小于底板位移量， 其原因时， 15号煤层顶板为坚硬灰岩直接顶， 其刚度较大， 能够很好的限制顶板的下沉变形。因此， 在应力相同的情况下应重视底板的加固， 防治底鼓的发生。
表1 煤岩体力学参数
由图1 （b） 可知， 在相同参数条件下， 巷道帮部位移量相比顶底板位移量较大， 顶底板在水平方向上基本没有产生位移。因此， 巷道开挖后， 应及时对帮部进行支护以控制其变形量。
2.2.2、 塑性区分布
巷道开挖后塑性区分布如图2所示。
由图2可知， 在巷道开挖过程中不可避免地在巷道周围围岩产生破碎塑性圈， 一般来说巷道塑性圈在巷道周围呈现为近圆形的均匀分布。但根据15号煤实际地质情况所建立的模型塑性区分布， 两帮塑性区范围较大， 而顶底板塑性区范围较小， 其中顶板塑性区分布最不明显， 原因是直接顶为坚硬灰岩， 能有效防止上部岩层的变形破碎， 并且其作为力的传递介质， 由于其坚硬的性质， 力的损失较小， 使两帮承受较大压力， 所以需加强两帮的支护， 来维持巷道的整体稳定。
图1 巷道位移分布图
图2 巷道围岩塑性区分布图
综上所述， 在浅埋坚硬顶板条件下， 巷道支护时要加强对帮部变形的控制， 使巷道顶底板和帮部协调承载， 避免顶板的压力转移到巷道帮部， 造成帮部变形过大。
3、 巷道支护方案设计
段王矿15号煤层顶板为完整的坚硬灰岩， 同时煤层埋藏较浅， 具备使用长锚杆大间排距强护表支护方案的前提。在巷道中等断面情况下， 应减少锚索使用或不使用， 或者间隔一定距离施工一根锚索主要用于顶板岩性探测， 减少材料消耗， 充分发挥支护效能， 提高掘进速度。基于此， 针对断面为宽×高=4.5×3.5的回采巷道， 设计支护方案如图3所示。
3.1、 顶板锚杆
采用5根MSGLD-335/18×2000锚杆， 间排距1000×1200mm.采用MSCK/Z2360双速树脂锚固剂、MSZ2335中速树脂锚固剂各一支加长锚固， 预紧力40-60k N, 对应的预紧力矩为250-300N·m.采用网格50mm、长×宽=4700×1300mm的矿用镀锌菱形金属网配合梯形钢带护表。
3.2、 顶板锚索
每2排锚杆布置一组 （2根） 锚索， 规格SKP15.24-7/1860, 长度6150mm, 与锚杆间隔布置， 锚索间排距为2500×2400mm.采用两支MSCK/Z2360超快速锚固剂加长锚固。初始张拉力不小于80-120k N, 每套锚索均应采用万向调心球垫。
图3 巷道支护形式图
3.3、 帮部锚杆
采用4根MSGM-235/16×1800锚杆， 间排距为1000×1200mm, 锚固方式与顶板相同。护表采用网格50mm、长×宽=3700×1300mm的矿用格宾网配合梯形钢带， 预紧力矩不小于200N·m, 预紧力不小于30k N.
4、 结束语
针对15号煤层浅埋深、坚硬直接顶条件， 支护方案使用大直径锚索、超高强锚杆、高刚度金属网和钢带， 加大锚杆 （索） 间排距， 形成了“高强度、高刚度、低密度”的支护方案， 可大大降低钻孔施工的工程量， 并减少支护材料消耗， 充分发挥支护结构的支护效能， 提高掘进速度， 降低支护成本。巷道掘进过程中， 对围岩变形、顶板离层进行了观测。结果表明：巷道掘进稳定后， 顶板下沉最大值26mm, 两帮移近量最大值为132mm;顶板离层在距离掘进迎头28m以后基本稳定在4mm左右。巷道支护效果良好， 满足设计要求。
参考文献：
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