神東孫家溝煤礦巷道支護模擬實驗

1概況

池家溝煤礦位于山西省保德縣境內，主要開采8^#煤層，煤層厚度7.05m，頂板為砂質泥巖，底板為細粒砂巖。該礦為盡快建成高產高效礦井，在8^#煤層布置一個綜采工作面，綜采工作面連采道原支護方式為錨桿一錨索聯合支護，巷道寬5.0m，高3.3m，在掘進連巷時遇一長達300m的背斜，在背斜區域內，巷道頂板冒落嚴重，冒高達4~5m，表現為錨桿一錨索支護不久即冒落，冒落巖層呈鱗片狀，嚴重影響工程正常施工。

2模型制作

針對上述問題，在室內進行相似材料模擬試驗，以便確定合理支護方式。本試驗設計了兩個模型，即錨桿一錨索超前支護和工字鋼支架支護。

2.1 模擬條件

（1） 煤層及頂底板巖層力學指標，見表1。

表1 煤層及頂底板巖層力學指標

巖層名稱

厚度/m

巖石強度/MPa

備 注

б_壓

б_拉

砂質泥巖

11.20

44.25

3.38

節理、層理明顯

8^#

7.05

3.62

1.54

復合煤層，夾石1.21m

細粒砂巖

7.67

49.50

4.01

節理、層理明顯

（2） 模型尺寸：1.2m×1.2m×0.2m臥式可加載平面模型架，見圖1。



圖1臥式可加載平面模型架

2.2 模型基本參數確定

（1） 長度比：α_L=L_H/L_M=20

（2） 強度比：α_б=б_H/б_M=ρ_H/ρ_M·αL=36

(3) 時間比：

(4) 煤層及頂底板強度換算：見表2。

表2 煤層及頂底板強度換算表

巖層名稱

巖層厚度

巖層強度/MPa

材料強度/MPa

材料配比

L_H

L _M

σ_壓

σ_拉

σ_壓

σ_拉

砂質泥巖

11.20

56.0

44.25

3.38

1.229

0.094

937

8^#煤層

7.05

35.5

3.62

1.54

0.101

0.043

527

細粒砂巖

7.67

38.4

49.50

4.10

1.376