锚注联合支护设计.pdf

锚注联合支护技术在大阳煤矿的应用 高新亮 山西兰花科技创业股份有限公司,山西 晋城048000 摘 要针对孤岛工作面破碎围岩巷道掘进及回采时难以支护这一难题,大阳煤矿采用锚注联合 支护技术有效地解决了生产实际问题,取得了显著的技术经济效果。 关键词巷道掘进;破碎围岩;锚注联合支护 中图分类号 TD353 . 6 文献标识码 B 文章编号 1003 - 496X2008 01 - 0031 - 03 1 矿井概况 大阳煤矿是兰花公司的首座高产高效百万吨矿 井,地处沁水煤田高平矿区大阳精查区,井田面积 22. 553 4 km 2 ,矿井生产能力150万t/a,采用综采放 顶煤采煤法进行回采,全部垮落法管理顶板。 2 问题提出 大阳煤矿由于采用跳采方式布置回采工作面, 不可避免的会遇到孤岛工作面问题。3102工作面 就是一个典型的孤岛工作面,由于是该矿的第一个 孤岛工作面,掘进时未采取任何预防措施,在巷道掘 进期间巷道维护就极其困难,回采期间U型钢棚腿 及工字钢顶梁的损坏率几乎达100 ,不能复用,采 用单体液压支柱超前加强支护,超前支护距离达60 ～100 m也难以控制顶板下沉,两帮强烈相对移近, 单体液压支柱折损率超过40。3100工作面也是 孤岛工作面,地质条件与3102工作面相似,为避免 掘进及回采期间出现与3102工作面相类似的现象, 经兰花公司技术中心与中国矿业大学合作研究,决 定采用锚注联合支护技术在掘进时对巷道进行支 护。 3 锚注联合支护技术方案 3. 1 锚杆参数 1顶板锚杆。顶板每排采用 Φ20 mm长度为 2 400 mm的高强度螺纹钢锚杆4根,间距1 050 mm、 排距800 mm,树脂药卷加长锚固,每根锚杆采 用双速2360一支、Z2360一支,锚固长度1. 4 m,铺 设金属网和Φ14 mm圆钢焊制的钢筋梯子梁。 2顶板锚索。每隔4排锚杆即3. 2m安装2 套预紧力100～120 kN的锚索。根据煤层顶底板资 的要求。 3高瓦斯掘巷速度越快巷道瓦斯涌出量越 大,所需的风量就越大,要求的风机和风筒的性能参 数就越高。掘进高瓦斯长距离巷道要适当的根据风 机性能参数来调节掘巷速度。对于更高瓦斯涌出量 的区域要根据风机最大性能参数衡量安全通风允许 的最长距离。 参考文献 〔1〕 乌荣康.高产高效矿井建设现状及发展趋势〔J〕.中国 煤炭, 2003, 2910 7 - 9. 〔2〕 孙洪江,宋子安.充州矿区综采高产高效工艺模式 〔J〕.煤矿开采, 19954 3 - 6. 〔3〕 史文全.长距离大断面单巷掘进压入式联合方式的通 风〔J〕.煤, 2001, 10 2 38 - 39. 〔4〕 陈旭忠.长距离掘进通风技术在高产高效矿井中的应 用〔J〕.煤矿安全, 2003, 347 33 - 35. 〔5〕 焦 健.长巷掘进的通风技术与安全管理〔J〕.煤, 2005, 141 23 - 24. 〔6〕 俞启香.矿井瓦斯防治〔M〕.徐州中国矿业大学出版 社, 1992. 〔7〕 黄元平.矿井通风〔M〕.徐州中国矿业大学出版社, 1986. 作者简介屈庆栋1983 - ,男,山东邹城人,博士研究 生,主要从事煤与煤层气瓦斯共采、 岩层移动与控制等方 向的研究。 收稿日期 2007 - 06 - 20;责任编辑王福厚 13 技术经验 煤 矿 安 全2008 - 01 料,锚索孔深度7. 0 m,锚索长7. 3 m,每根锚索采用 的树脂药卷为双速2360一支, Z2360二支,锚固长 度1. 5 m,每根锚索采用一块400 mm长的18 槽钢 , 一块规格为100 mm100 mm8 mm的钢板,一套 锁具。 3帮锚杆。两帮采用 Φ20L2 000 mm的高强 度螺纹钢锚杆支护,间距1 000 mm,排距800 mm, 树脂药卷加长锚固,树脂药卷加长锚固,每根锚杆采 用CK2335、Z2360各一支,锚固长度1. 1 m,两帮均 铺设金属网和Φ14 mm圆钢焊制的钢筋梯子梁。 3. 2 注浆材料及工艺参数 注浆加固主要是提高破碎围岩节理面、 裂隙面 的力学参数,达到提高围岩整体强度的效果。 1注浆材料。注浆材料选用高水速凝材料。 2水灰比。根据实验室试验结果,综合考虑 井下施工条件,浆液固结强度及材料消耗等因素,确 定浆液水灰比为1. 5∶1。 3注浆压力。注浆需要一定压力克服裂隙阻 力以便浆液渗入围岩,对于运巷超前预注浆,因注浆 孔深、 围岩裂隙发育程度较差,应采用较大的注浆压 力,保证浆液的渗透范围较大,因此,确定注浆压力 为5. 0～6. 0 MPa。风巷注浆为滞后注浆,围岩裂隙 发育,同时,喷层薄、 强度小,注浆压力不能太大,以 免破坏围岩及喷层,确定风巷注浆压力为1. 0～1. 5 MPa,最大不超过2. 0 MPa。 4注浆量。从保证巷道围岩裂隙被充填密实 的角度出发,注入的浆液尽量保证裂隙充填满的需 要,原则上注到不吃浆为止。每个注浆孔的注浆量 可用下式估算 QAL πR 2 β λ 式中 Q── 每个孔的浆液注入量,m 3 ; A── 浆液消耗系数1. 2～1. 5 ; L── 钻孔长度方向加固区厚度,m; R── 浆液有效扩散半径,m; β── 围岩的裂隙率 1 ～5 ; λ── 浆液的充填系数0. 6～1. 0。 5注浆孔布置和孔深。注浆孔布置的原则主 要是保证浆液尽可能多、 均匀渗透到破碎围岩中,根 据注浆工程实践及实验室试验结果,运巷超前预注 浆孔布置见图1所示,注浆孔排距为6. 0 m,注浆深 图1 运巷预注浆孔布置图 度应达到破碎顶煤的边缘,考虑到钻孔及机具条件 及施工方便,确定孔深为10 m,注浆孔间距1 m,每 排4个孔,注浆孔仰角20,中间两个孔沿着巷道轴 向,两侧两个孔向帮倾斜10 。 风巷滞后注浆孔布置见图2所示,注浆孔排距 图2 风巷滞后注浆孔布置图 为2. 0 m,注浆深度应达到破碎顶煤的边缘,考虑到 钻孔及机具条件及施工方便,确定孔深为2. 4 m,每 排4个孔,下部注浆孔下扎20,上部注浆孔仰角 20 。 3. 3 注浆设备及注浆管 超前预注浆设备为电动双液注浆泵。滞后注浆 设备可以采用风动双液注浆泵,也可采用电动双液 注浆泵。注浆管采用 Φ20 mm钢管制作,壁厚2. 5 mm,运巷注浆管长6. 0 m,风巷注浆管长2. 0 m,一 端加工30 mm螺纹,运巷注浆封孔长度为2. 0 m,风 巷注浆封孔长度为1. 5 m。运巷注浆管未加工螺纹 23 煤 矿 安 全Total 398 技术经验 一端3. 0 m长每隔500 mm钻2个孔,运巷注浆管加 工图见图3,注浆管注浆后作锚杆使用。 图3 运巷注浆管加工图 3. 4 注浆施工 1制浆。严格按水灰比供水上料,搅拌均匀。 2喷浆。为了防止风巷注浆时,浆液沿着锚 杆孔、 裂隙向外流,浆液难以深入破碎围岩深部,在 注浆前最好对风巷两帮喷40～60 mm的混凝土,形 成止浆层,保证注浆效果,同时封闭围岩;如果时间 紧、 施工困难,也可以不喷浆。运巷超前预注浆不喷 浆。 3封孔。采用布袋封孔。运巷封孔长度2. 0 m,风巷封孔长度1. 5 m。 4注浆。封孔40 min后,可进行注浆。运巷 注浆顺序为1、3、2、4,见图4,风巷注浆顺序没有特 殊要求。 图4 运巷注浆顺序 5清洗。每班结束注浆或暂停一段时间,如 封孔结束,等待封孔段固结期间需要冲洗注浆泵和 管路,直到管路最末端出清水。 4 实施效果 对比孤岛工作面3102工作面和3100工作面的 两巷变形,注浆加固或锚杆支护的3100工作面巷道 变形有以下效果 1通过注浆加固或锚杆支护,提高了围岩自 身承载能力,巷道变形量显著减小。 2巷道支护基本完好,由于巷道变形量小,架 棚支护顶梁完好,局部地段棚腿变形较大、 修复后可 以继续使用,锚杆支护的运巷和回风巷维护良好,而 3102工作面两巷架棚支护因变形严重基本不能复 用。 3超前采动影响距离显著减小, 3100工作面 两巷超前采动剧烈影响范围150 m。 4掘进期间及掘后稳定期间3100工作面两 巷变形量较小,巷道保持稳定,而3102工作面两巷 在掘后较长时间不能稳定,在受到采动影响前,巷道 需要维修。 3100工作面两巷变形特征表明高水速凝材料 注浆加固或高强度锚杆支护有效控制了大阳煤矿采 动支承应力作用的破碎煤层巷道围岩变形,巷道维 护效果良好。 5 经济效益分析 采用锚杆注浆支护比架棚注浆支护节省支护费 用87. 76元/m,比架棚支护节省支护费用905. 73 元/m。3100工作面回风巷长880 m,总计与架棚注 浆支护相比可节省费用7. 72万元,比架棚支护节省 支护费用79. 70万元。显然,采用锚杆注浆支护比 架棚注浆支护在经济上具有较大的优势。 另外,根据3102工作面进风巷、 回风巷的维护 状况看,采用架棚支护难以维护巷道的稳定,投入了 大量的人力、 物力对此巷道进行加固、 维护,一般需 维护费用包括投入的人工费、 材料费等在200 元/m以上,由于采用架棚巷道需要维护2至3次, 这里维护费用按400元/m计,仅返修维护费用达到 35. 2万元。 6 结 语 实践证明,在采动支承应力作用下,破碎围岩巷 道采用高强度锚杆支护和高水速凝材料注浆加固, 不仅显著提高了巷道的支护效果,保证了巷道的安 全状况,而且降低了巷道维护成本、 减轻了工人劳动 强度,取得了巨大的技术、 经济效益和社会效益。该 方法在相似的地质条件下值得推广应用 作者简介高新亮1977 - ,男, 2001年毕业于中国矿 业大学采矿工程专业,现在山西兰花科技创业股份有限公司 从事技术管理工作。 收稿日期 2007 - 08 - 20;责任编辑梁绍权 33 技术经验 煤 矿 安 全2008 - 01