2.3 30102 工作面辅运巷变形破坏分析
(1)支护材料选择不合理 近距离煤层下伏巷道掘进后围岩应力 环境复杂多变,导致锚杆(索)在服役过程 中常受拉剪及受拉弯剪等主要受力状态。 30102 工作面辅运巷采用是 Q235-B 型圆钢 锚杆,锚杆的直径和屈服强度低,造成了锚 杆的抗拉和抗剪切能力较弱,在拉剪组合应 力作用下,锚杆易发生断裂。另外,此类锚 杆施加的预紧力小,很难发挥主动支护能 力,导致不能很好的控制两帮移近。再者, 锚索(φ17.8mm)为 1×7 股钢绞线,支护强 度低。
(2)巷道围岩应力大,且非均布受载。 巷道承载结构变形破坏不仅受支护结 构的影响,而且力源也是重要因素,且后者 是其主控因素。对于30103运输巷围岩而言, 其力源来源于两方面,其一为采掘扰动重分 布应力,其二为 2 -2 中煤层采空区遗留煤柱传 递荷载。受 30102 工作面辅运巷与上部采空 区遗留煤柱之间的空间位置影响,遗留煤柱 非均匀传递至 30103 运输巷围岩,引起煤柱 侧应力集中明显高于生产帮,这是导致巷道 顶板整体下沉及两帮非对称变形破坏的根 源。
(3)巷道护表能力不足。30102 工作面 辅运巷采用钢筋网、钢筋梯,与锚杆配合使 用。钢筋梯具有抗拉强度、护表面积小等缺 点,而钢筋网强度低、刚度小,很难适应此 类巷道的变形,易失效与开裂,很难将锚杆 的托锚力转化为锚杆的托锚力转化为钢筋 网和钢筋梯对围岩的顶托力,易造成锚杆之 间的破碎岩体挤入巷道形成网兜。
3 采空区遗留煤柱下伏煤巷非对称 变形破坏机理
3.1 采空区遗留煤柱下伏煤巷破坏结构模型
研究表明,近距离煤层开采时,覆岩垂 直荷载经上部采空区遗留煤柱在下煤层及 顶底岩层传递扩散,其垂直应力等直线呈 “纺锤形”(如图 3 所示)[16]。忽略采掘条件 的变化,在应力环境下在煤柱边缘开凿巷道 时,煤柱荷载传递至下伏巷道顶板岩层应力 宏观上表现为非均匀分布,即巷道顶板靠近 煤柱侧应力大于另一侧。为此,建立采空区 遗留煤柱下伏煤巷受力结构模型,如图 4 所 示。图中,为了近似表示顶板岩层载荷非均 匀受力,假设顶板载荷线性分布。另外,由 于煤体破坏后承载能力降低,为简化分析认 为帮部对顶板支撑力近似为零,且仅有帮部 完整区对顶板岩层具有支撑作用。为了分析 近距离煤层下伏煤巷稳定性,借助梁理论对 顶板岩层进行力学分析[17]。