神东孙家沟煤矿巷道支护模拟实验

神东孙家沟煤矿巷道支护模拟实验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 4 5m 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 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