神东孙家沟煤矿巷道支护模拟实验_1

1、神东孙家沟煤矿巷道支护模拟实验 1概况 池家沟煤矿位于山西省保德县境内，主要开采8#煤层，煤层厚度7.05m，顶板为砂质泥岩，底板为细粒砂岩。该矿为尽快建成高产高效矿井，在8#煤层布置一个综采工作面，综采工作面连采道原支护方式为锚杆一锚索联合支护，巷道宽5.0m，高3.3m，在掘进连巷时遇一长达300m的背斜，在背斜区域内，巷道顶板冒落严重，冒高达45m，表现为锚杆一锚索支护不久即冒落，冒落岩层呈鳞片状，严重影响工程正常施工。 2模型制作 针对上述问题，在室内进行相似材料模拟试验，以便确定合理支护方式。本试验设计了两个模型，即锚杆一锚索超前支护和工字钢支架支护。 2.1 模拟条件 （1） 煤层

2、及顶底板岩层力学指标，见表1。 表1 煤层及顶底板岩层力学指标 岩层名称 厚度/m 岩石强度/mpa 备 注 压 拉 砂质泥岩 11.20 44.25 3.38 节理、层理明显 8# 7.05 3.62 1.54 复合煤层，夹石1.21m 细粒砂岩 7.67 49.50 4.01 节理、层理明显 （2） 模型尺寸：1.2m×1.2m×0.2m卧式可加载平面模型架，见图1。 图1卧式可加载平面模型架 2.2 模型基本参数确定 （1） 长度比：l=lh/lm=20 （2） 强度比：=h/m=h/m·l=36 (3) 时间比： (4) 煤层及顶底板强度换算：见表2。 表

3、2 煤层及顶底板强度换算表 岩层名称 岩层厚度 岩层强度/mpa 材料强度/mpa 材料配比 lh l m 压 拉 压 拉 砂质泥岩 11.20 56.0 44.25 3.38 1.229 0.094 937 8#煤层 7.05 35.5 3.62 1.54 0.101 0.043 527 细粒砂岩 7.67 38.4 49.50 4.10 1.376 0.111 873 注：材料选择沙子、水泥、石膏。 （5）支护方式布置。锚杆一锚索选择超前支护布置，见图2。锚杆选用20a3圆钢锚杆，锚杆长2.0m，锚杆方向与巷道推进方向夹角 50°。锚索选用屈服载荷27.0t的钢交线，中间锚索长度

4、为5.2m，两帮锚索长6.0m，并以60°倾角分别向两帮倾斜。 图2 锚杆一锚索支护方式布置。 工字钢支架支护棚间距1.0m，顶板要求背板。 2.3 模型的成型方式及层理和节理的模拟 目前模型成型方式有两种，砌块模型和捣固模型，本模型采用捣固法，因为捣固模型具有完整性好，相似材料强度易于保持，位移测量方便等优点。 为使制作模型尽量与原型相似，所以在模拟岩层的层理和节理时，采用云母粉和石英砂作为分层界限，节理采用人工在模型上制作成垂直或斜交的节理裂隙，并在界面上放入适量的云母粉和石英砂。 2.4 模型观测 （1）工字钢支架支护模型测得顶板下沉量为0.4cm（原型8cm）。顶板完整良好，无破坏痕迹，见图3。 图3工字钢支架支护顶板变化情况 （2）锚杆一锚索超前支护，顶板断裂高度20cm（原型400cm）。直接顶破坏较严重，见图4。 图4 锚杆锚索超前支护顶板破坏情况 3结论 （1）工字钢支架支护能及时地的支护新暴露的巷道顶板，可使连采机不退机就架设支架，使新掘巷道顶板完整，故在背斜区域采用工字钢支架支护是可行的。 （2）锚杆一锚索超前支护原支护方式相比，解决了顶板局部随掘随冒的缺