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152020 年第 3 期 综放工作面回采顺槽掘进支护技术优化分析 韩海洋 （大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司，山西 大同 037000） 摘 要 以东周窑煤矿 2102 皮带顺槽巷道为工程背景，采用高预应力强力锚杆支护理论进行巷道支护优化，运用强锚杆、 锚索联合支护技术，增加新开挖巷道围岩周围的承载力。结果表明，巷道支护优化起到了加强支护的作用，确保了 2102 顺槽在煌斑岩侵入下掘进和工作面回采期间巷道的安全及稳定。 关键词 综放 顺槽 支护 优化 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.03.007 Optimization Analysis of Excavation Support Technology in Fully Mechanized Caving Face Han Hai-yang （Tongfa Dongzhouyao Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Shanxi Datong 037000） Abstract The 2102 belt tunnel in Dongzhouyao Coal Mine is taken as the engineering background. The high prestressed strong bolt support theory is used to optimize the tunnel support. The combined support technology of strong bolt and anchor cable is used to increase the bearing capacity around the surrounding rock of the newly excavated tunnel. The results show that the optimization of roadway support plays an important role in strengthening the support, ensuring the safety and stability of the 2102 tunnel during driving and working face mining under the intrusion of lamprophyre. Key words fully mechanized top-coal caving channel support optimization 收稿日期 2019-09-20 作者简介 韩海洋（1988-），男，黑龙江佳木斯人，毕业于黑龙 江科技大学采矿工程专业，本科，工程师，现就职于大同煤矿集 团同发东周窑煤业有限公司，从事采矿技术及管理工作。 对煤矿回采工作面巷道的掘进支护工作而言， 巷道的安全性尤为重要，高强的巷道支护技术可以 作为当前一项较为重要的安全保障措施。东周窑矿 2102 皮带顺槽巷道由于煌斑岩侵入导致节理裂隙十 分发育且呈现无规则分布形态，巷道矿压显现较为 剧烈，存在支护强度不够的问题。在对施工现场进 行地质力学调查的基础上，提出了回采巷道强锚杆、 索支护技术。该技术主要采用高预应力强锚杆与锚 索耦合支护，对安全高效开采具有重要意义。 1 地质概况及地质力学测试分析 1.1 巷道布置 同发东周窑煤矿 8102 综放工作面位于 4煤层 一盘区，2102 皮带顺槽沿 4煤层底板掘进，巷道 净断面宽 5.5m，高 3.5m，巷道长度 1217m。8102 工作面布置如图 1 所示。 图 1 8102 工作面平面布置 1.2 煤层赋存特征及顶底板岩性 根据钻孔资料及掘进巷道揭露，4煤层的厚度 为 2.678.58m，平均 6.09m。煤层结构复杂，受煌 斑岩侵入的影响，含有 15 层的夹矸，夹矸最大厚 度是 1.93m，最小厚度是 0.23m，岩性大多数是砂 质泥岩、炭质泥岩，其次是粘土质泥岩、泥岩。煤 层的倾角为 1 4，平均 2.5。 1.3 地质构造情况 根据盘区大巷掘进期间揭露可知，在 2102 皮 带顺槽掘进至 532m 附近遇落差 2.8m 的断层，在 2102 皮带顺槽掘进至 878m 附近遇落差 3.5m 的断 层。根据盘区巷掘进期间揭露和地面钻孔煤层结构 分析可知，该工作面局部地区有煌斑岩侵入。 1.4 顶板煤岩体强度测试、岩层结构分析 针对东周窑煤矿的地应力测量结果，按照地应 162020 年第 3 期 力判断标准，属于中等应力区。 通过在 2102 皮带顺槽进行的顶板煤岩体强度 测试、顶板钻孔结构窥视，井下现场测试结果分析 可知 （1）2102 皮带顺槽 190m 位置处顶板强度 测试结果，顶板岩性强度变化较大，01.5m 处砂 岩的强度为 84103MPa，1.52.4m 处煤体强度为 610MPa。 （2）测试结果分析可知，受煌斑岩的影响，煤 体的强度由 1025MPa 降低为 510MPa，同时煌斑 岩自身节理裂隙较多、不完整，强度在 50100MPa 变化。 （3）通过顶板结构钻孔窥视结果综合分析， 顶板浅部约 2.4m 处结构较为完整，深部 7.0m 左右 处结构较为完整。 2 回采顺槽掘进支护方案优化 为确保 2102 皮带顺槽的安全掘进，根据围岩 变形特征和内部结构条件，确定采用强锚杆索联合 支护体系，并对新开挖巷道的围岩附加强边界条件， 使其具有很强的承载力，充分发挥连续岩体自身的 主动承载力，进而抵抗围岩在应力重分布过程中的 变形运动。 根据巷道支护形式和参数选择优化分析，对 2102 皮带顺槽原支护方案进行优化，提出 2102 皮 带顺槽强力锚杆支护优化设计。 2.1 2102 皮带顺槽原支护方案 4煤层 2102 皮带顺槽为矩形断面，掘宽 高 57003600mm，净宽 高 55003500mm，原 支护设计方案支护布置如图 2 所示。 图 2 原 2102 皮带顺槽支护参数图 锚杆均采用 Ф202200mm 的高强度无纵肋 螺纹钢锚杆，排间距顶部 9001020mm、帮部 900900mm，顶、帮锚杆均采用高强球型托盘， 其规格为长 宽 厚 15015010mm，帮锚 杆采用 4502804.75mm 横纵向双向加强护帮 板，其中角锚杆 W 型钢护板横向布置，帮锚杆 W 型钢护板竖向布置，角锚杆与帮锚杆同一排，帮锚 杆与顶锚杆间距错开 450mm。每根锚杆使用 1 支 CK2335 型和 1 支 CK2350 型锚固剂进行锚固，锚 固力不低于 85kN，扭矩不低于 200Nm。顶板 W 型钢带规格为 54002803mm，排距为 900mm。 锚 索 采 用 耦 合 均 让 压 鸟 窝 锚 索， 规 格 为 Ф17.88300mm，排间距 27001500mm；采用高 强球型托盘，规格为 30030012mm，“三 - 三” 布置 ； 每根锚索使用3支CK2350型锚固剂进行锚固， 预紧力不低于 100kN，锚固力不低于 200kN。 顶板网片采用 Ф6.0-100100 钢筋焊网，帮部 采用网孔 5050mm 的 8铅丝菱形金属网，帮网与 顶网搭接长度为 400mm，其余部分网片搭接长度为 200mm。 2.2 2102 皮带顺槽强力锚杆支护优化设计 2102 皮带顺槽掘进期间不受动压影响，仅在 8102 工作面回采期间受到超前支承压力影响。但由 于煌斑岩侵入导致节理裂隙十分发育且呈现无规则 分布形态，巷道矿压显现较为剧烈，为此支护强度 应适当加强，使 2102 皮带顺槽在煌斑岩侵入下掘 进期间和本工作面回采期间能保持安全和稳定。顺 槽巷道断面布置如图 3 所示。 图 3 2102 皮带顺槽支护优化后布置 （1）顶板支护。锚杆形式和规格杆体是 500左旋无纵筋螺纹钢筋，屈服强度大于等于 500MPa，直径 22mm，长 2.4m。锚固方式树脂的 全长度锚固，用 3 支锚固剂，1 支 MSK2535，2 支 MSM2550 低粘度慢速锚固剂，钻孔直径为 30mm， 锚固长度2028mm， 锚固力设计为190kN。 锚杆配件 使用强力锚杆扭矩螺母，配套使用高强度托板调心 球垫、尼龙垫圈，托板选用高强度拱型，钢材屈服 强度大于等于 235MPa，规格 15015010mm， 高度不小于 36 mm，托板的承载能力应与杆体尾部 螺纹承载力相匹配，强度大于等于尾部螺纹的极限 172020 年第 3 期 拉断力。W 钢带选取 W 钢带护顶，厚度大于等 于 4mm，宽度 280mm，长度 5400mm。网片规格 选取 6.5mm 钢筋焊接的钢筋网进行护顶，网孔规格 100100mm，网片规格 5900100mm，网之间交 接 100mm。锚杆布置锚杆的排距是 900mm，每 排布置 7 根锚杆，锚杆的间距是 850mm。锚杆预紧 扭矩需要达到 400Nm，而且不可大于 550Nm。锚 杆全部垂直岩面打设。 锚索形式和规格锚索材料是 21.8mm、119 股 的高强度低松弛预应力钢绞线，锚索极限破断拉 力是 582kN，最大力总伸长率大于等于 5，长度 7300mm，钻孔直径 30mm，选用 2 支 MSK2535 和 2 支 MSM2550 树脂锚固剂，锚固长度 2501mm。 锚索托板选取高强度拱形锚索托盘，规格是 30030014 mm，材质为 Q235 钢，高度大于等 于 60mm，配套使用调心球垫，承载力不能小于锚 索的拉断载荷。锚索布置锚索采用“三 - 二 - 三” 布置，锚索间距 1700mm，排距 1800mm，垂直顶 板岩层打设。锚索的初始张拉达到 300kN，预紧力 在损失后大于等于 240kN。 （2）巷帮支护。锚杆形式和规格与优化方 案中顶板支护的选取规格相同。锚固方式树脂加 长锚固，采用 2 支树脂锚固剂，1 支为 MSK2535， 1 支为 MSM2550 低粘度慢速锚固剂，钻孔直径 30mm，锚固长度 1277mm，锚固力设计为 190kN。 W 钢护板选取 W 钢护板厚度大于等于 4mm， 宽度 280mm，长度 450mm。锚杆配件与优化方 案中顶板支护的选取规格相同。网片规格选用 菱形的金属网来护帮，材料是 8铁丝，网孔的规 格为 5050mm，网片的规格为 33001000mm， 网片之间交接长度 100mm。锚杆布置锚杆排距 900mm，每排布置 4 根锚杆，间距 900mm。锚杆预 紧扭矩需要达到 400Nm，而且不可大于 550Nm。 锚杆全部垂直岩面打设。 3 结论 （1）通过对综放工作面回采顺槽掘进支护技 术进行优化，采用强力锚杆、锚索联合支护，将增 加新开挖巷道围岩周围的强边界条件，使其具有较 强的承载力，充分发挥连续岩体本身的主动承载力， 进而抵抗围岩在应力重分布过程中的变形运动。 （2）由于煌斑岩侵入导致节理裂隙十分发育 且呈现无规则分布形态，巷道矿压显现较为剧烈。 通过对回采面顺槽巷道掘进支护技术方案的优化， 从而起到加强支护强度的作用，确保了 2102 回采 顺槽在煌斑岩侵入下掘进期间和工作面回采期间巷 道的安全及稳定。 【参考书目】 ［1］ 陈宇，张洋，耿继业，等 . 高应力煤巷掘锚护一 体化快速掘进工序优化与支护技术[J].煤矿安全， 2019，50（07）120-123. ［2］ 王涛 . 掘进巷道过煌斑岩施工工艺研究 [J]. 山东 煤炭科技，2019（06）51-5257. ［3］ 强俊林 . 煤矿井下巷道掘进顶板支护技术 [J]. 能 源与节能，2019（02）159-160175. ［4］ 韩龙 . 全断面矩形高效快速掘进巷道支护方案优 化 [J]. 煤炭工程，2017，49（12）61-65. 戒设置时指派专人为安全负责人，并且工作面火药 装好后通过电话联系安全负责人，安全负责人接到 指令后进行警戒设置及检查。在北大巷风桥警戒区 域前后拉警戒带进行警戒，防止人车和运煤矿车经 过时误闯入警戒区域，待爆破结束后电话联系安全 负责人进行警戒撤离。 （7）为防止矸石滚落伤人，在每个在用硐室 口支设铁道，在铁道上捆绑架板将硐室与巷道出矸 路线隔离开，在斜巷坡底耙岩机前方用道木等材料 构筑一道屏障，耙岩机漏矸槽上安装防护网，控制 矸石滚落伤人。 （上接第 14 页） 4 结 语 通过一五三盘区回风斜巷的掘进施工工艺、断 面选择及支护方式的对比确定最优方案，在保证安 全的前提下，快速高效完成掘进任务，有效缓解矿 井衔接紧张的局面，对类似条件的施工组织具有借 鉴意义。 【参考书目】 ［1］ 赵铁锤 . 煤矿总工程师技术手册 [M]. 北京煤炭 工业出版社，2010. ［2］ 徐永忻 . 采矿学 [M]. 徐州中国矿业大学出版社， 2003.