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【摘 要】 针对回采工作面支护效果不佳的问题，本文采用理论分析、数值模拟的方法对F6204工作面的顺槽支护方案进行设计和验证。研究表明，工作面采用基础支护和强化支护的理念，得出锚杆+锚索+H梁的支护方案能够获得更佳的支护效果，为回采工作面支护方案的设计奠定了基础。
【关键词】 厚煤层;运输顺槽;围岩;支护;数值模拟
【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102（2019）04-0020-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
我国作为煤炭生产大国，各地区的煤层特点及开采方式不尽相同。内蒙古的煤层属于特厚煤层，针对厚煤层所采用的采煤工艺为放顶煤工艺。尽管放顶煤工艺能够大大提升开采工艺，但是其支护难度相对较大。对于特厚煤层而言，锚杆支护对围岩的反作用力很难达到预期的支护效果。因此，急需一种合理、有效的控制办法对厚煤层巷道进行支护。
经研究可知，影响巷道支护的主要因素有综采工作面的类型、运输方式、断面特征以及地质条件。由于巷道的支护效果及质量直接影响整个综采工作面的开采效率和作业人员的安全，为此，针对特定综采工作面需充分分析其特征，为其设计对应的支护方案。本文将以回采工作面的巷道为研究对象设计与之匹配的支护方案，并对该方案的支护效果进行验证。
1工程概况
本文以F6204工作面运输顺槽为研究对象，推进长度为1329.8m，切斜长度为240.3m，埋深350m。该工作面巷道伪顶主要由灰黑色岩质泥岩组成，且泥岩厚度范围在0.3m和0.8m之间，顶板的结构为薄层状结构;该工作面巷道直接顶主要由砂质泥岩组成，且泥岩平均厚度约为1.2m;该工作面巷道基本顶主要由粗砂岩组成，平均厚度为8.1m;该工作面巷道直接底主要由砂质泥岩组成，砂岩平均厚度为0.2m;基本底主要由细砂岩组成，平均厚度2.3m。
2工作面顺槽支护方案
在充分分析F6204回采工作面煤层、直接顶、底板以及地质条件的基础上，该工作面顺槽采用基础支护和加强支护的支护方案。其中，基础支护采用锚杆+梁的支护方式;加强支护采用锚索的支护方式。此外，根据顶板结构不稳定的特点，特加入喷浆封闭措施。
2.1基础支护方案
本工作面的基础支护方案为锚杆+H型钢带+网，巷道顶部支护平面图如图1所示。
该工作面共布置14根锚杆，针对顶板和工作面两帮的情况分别布置不同规格的锚杆。其中，顶板支护锚杆的规格为φ18×2400mm的左旋螺纹钢錨杆;两帮支护锚杆的规格为φ16×2000mm的右旋螺纹钢锚杆。此外，顶部锚杆与H梁配合使用。为确保基础支护方案的支护效果，需锚杆相关的支护附件配合使用。锚杆支护附件类型及规格如表2所示。
根据支护要求设定支护锚杆间的间距为1000mm，采用加长端头锚固方式。顶锚杆和帮锚杆均采用树脂药卷进行固定，不同的是定锚杆采用的两种树脂药卷，规格分别为CK2350、Z2350;帮锚杆仅采用Z2350树脂药卷进行固定。
2.2加强支护方案
为确保回采工作面顺槽围岩的支护效果能够满足实际生产的需求，针对F2406工作面增加锚索支护方案。
（1）顶板加强支护中，锚索的间距为3m，也就说每3排锚杆布置一排锚索，并采用1根CK2350和2根Z2350树脂药卷对锚索进行固定。
（2）所选用锚索的为钢铰线锚索，钢铰线的直径为17.8mm，锚索的长度为8m，要求锚索的预紧力不小于120kN。
3巷道围岩支护效果模拟
为验证本文所提出支护方案的可行性，基于FLAC3D软件对该支护方案下顺槽巷道的变形情况进行模拟分析
3.1模型的建立
为了确保能够真实对该方案的支护效果进行模拟分析，本文数值计算的变形采用大变形模式，建立模型的长度为60m，宽度为40m，所搭建模型如图2所示。
根据工作面实际载荷情况，对上述模型的侧向2个面采用水平固定边界进行约束，模型底部采用垂直方向固定边界进行约束，模型根据上覆围岩的自重施加载荷7MPa。
3.2支护方案模拟分析
将本文提出的支护方案应用于F6204工作面中所得如图3所示的支护示意图。
3.3数值模拟结果分析
锚杆+锚索+H梁支护方案中锚索的变形及应力示意图。
分析图4-7可知，锚杆、锚索的最大轴向力分别为160MPa、360MPa，且锚索、锚杆的最大轴向力分布于锚杆、锚索的自由段。经数值模拟计算可得，锚杆和锚索的轴向位移分别为70mm、100mm。
分析图8-9可知，H梁在巷道两帮附近的剪应力最大值为9MPa，顶板中点弯曲变形量比两端下沉量大70mm。由于该巷道顶板围岩的变形量在120mm以内，而实际支护效果可以控制在70mm以内。经数值模拟分析，锚杆+H梁+锚索支护方案设计合理。
4总结
回采工作面为煤矿生产的关键工作面，不同煤层、地质以及水文条件下的顺槽特征需有与其相匹配的支护方案为工作面稳定、安全工作提供保障。针对我矿F6204回采工作面的特征，特拟定锚杆+H梁+锚索的支护方案，并经数值模拟得知该支护方案能够有效提升煤层顶板的支护效果，进而保证了巷道围岩的整体性和稳定性。
【参考文献】
[1]康红普，王金华，林健，等.煤矿巷道支护技术的研究与应用[J].煤炭学报，2010（11）：1809-1814.
[2]王卫军，侯朝炯.软岩巷道支护参数优化与工程实践[J].岩石力学与工程学报，2000，19（5）.
[3]许文静.巷道动压对巷道支护影响研究[J].山西煤炭管理干部学院学报，2017（4）：16-17.
[4]贾建东.近距离煤层回采巷道支护技术研究[J].山西能源学院学报，2019，32（1）：10-11，20.
[5]高治文.薄煤层沿空巷道支护技术研究[J].山西能源学院学报，2019，32（1）：6-9.
[6]张适.深部薄煤层双侧沿空留巷支护技术及巷旁支护材料研究[D].重庆：重庆大学，2015.
[7]汪华君.薄煤层综采新型高水材料巷旁充填沿空留巷技术研究[J].煤炭工程，2013，45（8）：50-53.
[8]白书民.薄煤层无巷旁充填沿空留巷技术研究[J].煤炭科学技术，2012，40（11）：42-44.
[9]钱虹光.高瓦斯薄煤层沿空留巷Y型通风技术研究[J].山西焦煤科技，2012，36（4）：17-19.
【关键词】 厚煤层;运输顺槽;围岩;支护;数值模拟
【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102（2019）04-0020-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
我国作为煤炭生产大国，各地区的煤层特点及开采方式不尽相同。内蒙古的煤层属于特厚煤层，针对厚煤层所采用的采煤工艺为放顶煤工艺。尽管放顶煤工艺能够大大提升开采工艺，但是其支护难度相对较大。对于特厚煤层而言，锚杆支护对围岩的反作用力很难达到预期的支护效果。因此，急需一种合理、有效的控制办法对厚煤层巷道进行支护。
经研究可知，影响巷道支护的主要因素有综采工作面的类型、运输方式、断面特征以及地质条件。由于巷道的支护效果及质量直接影响整个综采工作面的开采效率和作业人员的安全，为此，针对特定综采工作面需充分分析其特征，为其设计对应的支护方案。本文将以回采工作面的巷道为研究对象设计与之匹配的支护方案，并对该方案的支护效果进行验证。
1工程概况
本文以F6204工作面运输顺槽为研究对象，推进长度为1329.8m，切斜长度为240.3m，埋深350m。该工作面巷道伪顶主要由灰黑色岩质泥岩组成，且泥岩厚度范围在0.3m和0.8m之间，顶板的结构为薄层状结构;该工作面巷道直接顶主要由砂质泥岩组成，且泥岩平均厚度约为1.2m;该工作面巷道基本顶主要由粗砂岩组成，平均厚度为8.1m;该工作面巷道直接底主要由砂质泥岩组成，砂岩平均厚度为0.2m;基本底主要由细砂岩组成，平均厚度2.3m。
2工作面顺槽支护方案
在充分分析F6204回采工作面煤层、直接顶、底板以及地质条件的基础上，该工作面顺槽采用基础支护和加强支护的支护方案。其中，基础支护采用锚杆+梁的支护方式;加强支护采用锚索的支护方式。此外，根据顶板结构不稳定的特点，特加入喷浆封闭措施。
2.1基础支护方案
本工作面的基础支护方案为锚杆+H型钢带+网，巷道顶部支护平面图如图1所示。
该工作面共布置14根锚杆，针对顶板和工作面两帮的情况分别布置不同规格的锚杆。其中，顶板支护锚杆的规格为φ18×2400mm的左旋螺纹钢錨杆;两帮支护锚杆的规格为φ16×2000mm的右旋螺纹钢锚杆。此外，顶部锚杆与H梁配合使用。为确保基础支护方案的支护效果，需锚杆相关的支护附件配合使用。锚杆支护附件类型及规格如表2所示。
根据支护要求设定支护锚杆间的间距为1000mm，采用加长端头锚固方式。顶锚杆和帮锚杆均采用树脂药卷进行固定，不同的是定锚杆采用的两种树脂药卷，规格分别为CK2350、Z2350;帮锚杆仅采用Z2350树脂药卷进行固定。
2.2加强支护方案
为确保回采工作面顺槽围岩的支护效果能够满足实际生产的需求，针对F2406工作面增加锚索支护方案。
（1）顶板加强支护中，锚索的间距为3m，也就说每3排锚杆布置一排锚索，并采用1根CK2350和2根Z2350树脂药卷对锚索进行固定。
（2）所选用锚索的为钢铰线锚索，钢铰线的直径为17.8mm，锚索的长度为8m，要求锚索的预紧力不小于120kN。
3巷道围岩支护效果模拟
为验证本文所提出支护方案的可行性，基于FLAC3D软件对该支护方案下顺槽巷道的变形情况进行模拟分析
3.1模型的建立
为了确保能够真实对该方案的支护效果进行模拟分析，本文数值计算的变形采用大变形模式，建立模型的长度为60m，宽度为40m，所搭建模型如图2所示。
根据工作面实际载荷情况，对上述模型的侧向2个面采用水平固定边界进行约束，模型底部采用垂直方向固定边界进行约束，模型根据上覆围岩的自重施加载荷7MPa。
3.2支护方案模拟分析
将本文提出的支护方案应用于F6204工作面中所得如图3所示的支护示意图。
3.3数值模拟结果分析
锚杆+锚索+H梁支护方案中锚索的变形及应力示意图。
分析图4-7可知，锚杆、锚索的最大轴向力分别为160MPa、360MPa，且锚索、锚杆的最大轴向力分布于锚杆、锚索的自由段。经数值模拟计算可得，锚杆和锚索的轴向位移分别为70mm、100mm。
分析图8-9可知，H梁在巷道两帮附近的剪应力最大值为9MPa，顶板中点弯曲变形量比两端下沉量大70mm。由于该巷道顶板围岩的变形量在120mm以内，而实际支护效果可以控制在70mm以内。经数值模拟分析，锚杆+H梁+锚索支护方案设计合理。
4总结
回采工作面为煤矿生产的关键工作面，不同煤层、地质以及水文条件下的顺槽特征需有与其相匹配的支护方案为工作面稳定、安全工作提供保障。针对我矿F6204回采工作面的特征，特拟定锚杆+H梁+锚索的支护方案，并经数值模拟得知该支护方案能够有效提升煤层顶板的支护效果，进而保证了巷道围岩的整体性和稳定性。
【参考文献】
[1]康红普，王金华，林健，等.煤矿巷道支护技术的研究与应用[J].煤炭学报，2010（11）：1809-1814.
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