综合护巷技术在林西矿业公司的应用.pdf

第 3 6 卷 第 1 2 期煤 矿 安 全2 0 0 5 年 1 2月 技 术 亥 I-j g k 综合护巷技术在林西矿业公司的应用 张玉川， 赵兴元 开滦集团公司 林西矿业公司. 河北 唐山0 6 3 1 0 4 摘 要 在深部高 应力区 域内 合理地布置巷道并采取科学的支 护方式， 会收到较好的支护效果， 大大减少巷道的维修工程量， 提高巷道的服务年限， 从而取得良好的经济效益。 关键词 综合护巷; 沿空掘巷; 描杆支护; 拱栩支护; 前探粱支护 中图分类号 T D 3 5 3文献标识码 B文章编号 1 0 0 3 - 4 9 6 X 2 0 0 5 1 2 - 0 0 4 3 - 0 3 开滦林西矿业公司是一座具有百年历史的老 矿， 井深巷远， 矿山压力大， 地质条件复杂， 生产条件 十分困难。生产区域大部分属于特殊开采， 如孤岛 煤柱区、 高应力区开采、 上行开采、 条带抽条开采等。 给巷道的掘进和使用维护带来很大的困难， 同时也 增加了成本投人。近几年， 公司广大工程技术人员 通过科技攻关， 在巷道的维护方面取得了一些可喜 的成绩， 积累了一定的经验， 现做如下简单介绍。 1 科学布置巷道 1 . 1空掘巷技术 1 沿空掘巷技术的确立。过去受传统意识的 影响， 同一煤层上下区段我们多采用留小煤柱的方 法掘进护巷， 通常煤柱宽度取 2 0 一3 0 m， 但实践证 明煤柱 2 0 -3 0 m范围正好使下一区段的掘进巷道 处于支承压力高峰区， 随掘进， 迎头以外的巷道拱型 支架出现棚子下扎、 扭曲变形等矿压显现， 不得不进 行二次套修， 即浪费了工时， 又增加了拱棚等支护材 料的费用， 给采掘衔接也带来了极大的压力。经过 认真分析各生产区域的矿压规律， 确立了沿空掘巷 的施工主方向。通过在1 1 8 3 上 、 1 1 8 3 中 、 9 1 9 2 条等多 个工作面中的实践， 摸索出在与采空区相邻的煤体 边缘 1 -3 m范围存在着一个比原岩应力低的卸压 带， 见图1 。当上区段回采工作面采过相当长的时 间以后， 这个卸压带仍然能较稳定的长期存在。将 巷道布置在这个卸压带内， 可以延长巷道的使用时 间。 2 现场应用。1 8 2 3 中工作面风道与上区段 1 8 2 3 上工作面老空区间距4 m， 风道使用1 0 . 0 4 衬 的拱型棚子支护。由于各方面的原因， 系统贯通 1 0 ‘产、 岁 ‘产，户‘产‘产‘价‘户，‘ ‘ 卜 ‘产心产心产‘产‘产‘户‘产嘴 声 声 ‘产‘户‘产‘产心产心户晓 夕 从 ‘ 产 检测中心的有关检验， 取得 MA证书， 并获得 A E E X 等标准认证， 现已批量生产。从开发实践所得， 我们 对国内同类产品在科研， 生产方面存在的问题及今 后发展战略提出如下建议 1 敏感元件的研发关系工业以至更广领域的 自动化， 尤其是煤矿安全生产， 意义重大。因为涉及 广泛， 包括基础及材料科学， 制造工艺等， 必然推动 我国综合科技水平的提高。仅仅依赖进口应非长远 之计， 也颇费巨资。目 前催化元件的市场潜力巨大; 特别是改进升级需求迫切， 而国内现状远非所望。 应在注重并规划催化元件深人研发的同时， 跟踪国 外先进技术对红外线， 光纤等新型甲烷敏感元件进 行探索和研究。 2 甲烷变送器， 包括更多煤矿安全设备的研 ‘产‘产晓 声 。 ‘产‘产心产崎 笋 盏 ‘户、 公 户‘户‘户、‘户‘产咄户‘产‘产‘产‘户、公户‘产‘户‘产弓产‘产 发， 应加强管理与引导， 尽快向标准化实施。一方面 逐步取缔低水平重复开发， 以节约大量资源， 同时也 推进煤矿安全设备的更新换代， 向小型， 低功耗 本 质安全 ， 集成， 兼容， 数字化和网络化发展。 3 煤矿安全仪表的生产必须加强管理与监督， 严格规章制度的执行; 应以岗位责任制， 产品户籍制 等控制批量生产的质量。 作者简介 李凤森 1 9 6 1 - ， 男， 大连工学院电子工程系 毕业， 现在大连矿山安全科学技术研究院工作， 主要从事嫌 矿甲烷传感器及其它安全仪器仪表的开发研究。 收稿 日期 2 0 0 5 -0 7 - 0 1; 责任编样 金丽华 4 3 第 3 6 卷 第 1 2 期煤 矿 安 全2 0 0 5年 1 2 月 7 - 8 4 1 3 卜 一 3 0 m 一 洲 图 1煤体超前压力示意图 图2 巷道布置计算图 个月后才投产， 投人后虽受采动影响但巷道断面保 持较好， 完全满足生产需要。9 1 9 2 条采工作面上下 两巷使用锚网支护， 回风顺槽与9 1 9 2 1 采空区间距 3 -4 m， 设计断面4 . 2 mX 2 . 8 m， 走向长2 0 0 m， 投 产 3 个月以来通过使用顶板离层仪及“ 十字观测法” 观测， 顶沉速度为 5 m m/ 周， 两帮移近量为 2 mm / d ， 均在规程要求范围内。 通过实践， 无论是风道沿上老空区还是运输道 沿下老空区 下沿空 ， 巷道压力显现较小， 巷道变形 量较小。留小煤墙沿空掘巷技术与传统的留煤柱护 巷相比， 它具有提高煤炭回收率， 改善巷道维护状 况， 有利于矿井安全生产和技术进步进而提高经济 效益的优点， 应予大力推广。 1 . 2 在上方采空区下 合理选择巷道位置参数 由矿压理论知 在煤体与采空区交界处的下方 底板岩石中也存在着一个应力降低区， 距煤层的距 离越远， 底板中的垂直压应力将越小。在其他条件 相同时， 巷道离上覆煤层底板的垂深越大， 巷道受煤 柱上方支承压力越小， 巷道越稳定。另外， 在巷道离 上覆煤层底板垂距相同的条件下， 巷道在采空区方 向深人采空区下方距离煤体边缘越远， 所受支承压 力的影响越小。 1 经验公式。通过多年的摸索， 得出了在上方 采空区底板下合理布置巷道的经验公式 为了避开煤柱的影响， 通过计算， 我们将运输顺槽巷 道布置在上方 0 9 7 1中采空区内， 距上方 0 9 7 1 煤柱 平距达3 5 m， 使用 1 0 . 0 4 扩 的拱型支架支护， 巷道 掘进3 0 0 m后， 后方支架仍然没有明显的变形， 净断 面达 4 . 2 mX 2 . 6 m。而回风顺槽正好处于上方 7 煤层煤柱内， 巷道棚子多处变形失效， 与运输顺槽支 护情况形成了鲜明的对比。已回采的9 9 8 1 ③ 工作面 运输顺槽1 0 0 m对应上方为9 9 7 1 中的停采煤柱， 运 输顺槽1 2 4 m以外9 衬 的棚子变形严重， 净断面不 足5 衬 ， 采面位置为 1 1 0 m时， 采面周期来压开始 频繁， 周期来压步距减小为1 2 m. 通过实践可以认为 在下行开采的矿井中， 开采 上覆煤层时区段之间应少留煤柱， 尽量避免给开采 下一煤层时产生支撑压力。通过经验公式得出掘进 巷道距采空区的平距。工程设计时， 要尽可能将巷 道布置在上方煤层采空区所推算的平距以外， 这样 可以使巷道避开上方煤柱影响范围， 对巷道的维护 将产生事半功倍的效果。 2 选择合理的支护方式 s z s i n a0 s i n 口 1 式中a 煤层倾角， ’ ; R 煤体 影响角， ’ ; O - P 的余角， ’ ; 下煤层巷道与上方煤柱水平间距， m; z 下煤层巷道与上方煤层底板的垂距 m o 2 现场应用。通过实践， 总结出各煤层煤体影 响角在4 5 0 - - 8 0 0 。如0 9 8 1 工作面运输顺槽掘进时， 2 . 1 描杆支护 1 锚杆参数的确定。在高应力区使用锚杆锚 网支护可以对围岩进行整体支护， 阻止围岩失稳发 生位移。要根据不同的煤层， 不同的围岩结构， 不同 的巷道布置形式， 不同的周边条件采用不同的支护 参数。为了确保支护的安全， 通常取6 - - 8 倍的直接 顶厚度的岩柱高度为支护对象。 锚杆支护密度的经验公式 S 2 . 5 尸/ 4 / 1 t 1 H v 2 v s 2 式中S 支护密度， m 2 / 根; I巷道的跨度， m; .f 被支撑岩石的硬度系数; H巷道的埋深， m; 4 4 第 3 6 卷 第 1 2 期煤 矿 安 全2 0 0 5 年 1 2 月 t 顶板表面1 衬 内的明显裂隙系数。 锚杆间距的确定经验公式 D 〔 q / 1 . 3 V O L O 〕 3 式中D锚杆间距， m; V 『 一 一 岩石容重， k g / m 3 ; L o- - 锚杆的锚固 深度， m o 2 锚杆的支护顺序及锚固材料。顶锚杆直线 布置， 眼深2 . 0 m， 选用 0 2 2 m m X 2 2 0 0 m m高强度 螺纹锚杆， 使用 K 2 3 3 5 树脂药卷， 锚杆外露不大于 3 0 0 m m， 锚固后， 顶板下铺设金属菱形网， 网下上好 顶梁架， 然后上好托盘， 使用锚杆机紧固， 紧固力不 少于1 5 0 N“ m。顶锚杆支护好后， 再进行帮锚杆支 护， 帮锚杆使用管缝式锚杆， 配合锚网、 帮钢架按上 述顺序支护。 2 . 2 锚杆和拱栩双重支护 锚杆拱棚双重支护是在锚杆支护的前提下增设 拱棚支护， 将锚杆的主动支护与棚子的被动支护相 结合的支护工艺。近年来， 林西矿业公司的生产区 域主要分布于高应力区， 实践证明， 单一采用锚杆支 护或拱棚支护不能满足生产的需要。经过深人探 索， 在高应力区域推广使用锚杆和拱棚双重支护， 取 得了较好的支护效果。 1 双重支护的前提条件。在原设计为锚杆支 护的巷道， 通过使用顶板离层仪观察到浅部顶板离 层较大时， 要增加锚杆数量， 提高锚杆级别， 增加锚 固长度等。当深部离层较大时， 必须增加锚索， 当增 加锚索后， 深部离层值下沉速度仍较大时， 必须架设 拱型支架配套支护。此外， 对于在复合顶板、 复杂结 构顶板、 破碎顶板、 大跨度等条件下的施工中， 不得 单独使用锚杆， 必须使用锚索辅助控制。使用锚索 控制后， 两帮移进量仍然很大时必须采用双重支护。 为了保证施工安全， 可以改变施工顺序， 即先使用拱 棚对巷道进行超前支护， 维护好顶板后在棚子间再 进行锚杆、 锚索支护。 2 双重支护应注意的事项。①根据2 种支护 类型允许的顶板变形量掌握好两者安设的先后时间 顺序。普通锚杆允许的顶板变形量为 3 0 0 m m， 如 拱型支架允许的顶板变形量3 0 0 m m， 先架设拱棚 可能使大部分棚子遭到损坏， 使双重支护失去意义; ②为了使双重支护取得好的效果， 2种支护的安设 地点不能太近。因为锚杆要靠锚固端与托盘之间的 杆体被拉紧时才能产生锚固作用， 如架设的棚子靠 锚杆太近， 被锚固的顶板在受到棚子的支撑作用时 可能会抵消锚杆中的一部分拉力而使锚杆出现卸载 以致部分地失去锚固作用， 一般棚子离锚杆的距离 不应0 . 3 一0 . 3 5 m. 2 . 3 前探梁整体支护 前探梁具有制造简单， 使用方便的特点， 使用普 通的钢材即可加工。它由梁体、 水平销、 竖直销、 钩 子4 部分组成， 吸收了回采高档工作面金属铰接顶 梁的特点， 利用钩子与竖直销将顶梁挂在棚梁上， 前 探梁沿走向铰接连成一个整体。通常在掘进槽口以 外 巧架棚子范围内铰接使用。 1 前探梁的使用方法及步骤。①在槽口以外 已棚好的拱型棚梁的两侧各挂好钩子， 然后上好顶 梁， 插人竖直销将前探梁固定好; ②往前进一架棚距 后及时往前铰接前探梁， 打紧水平销将拱型棚梁挂 到前探梁上后使用插背料将顶板插严背实; 挖2 侧 的棚腿窝， 使棚梁、 棚腿达到所要求的搭接长度后使 用插背料逼好两腮， 上好卡缆、 支拉杆紧固好卡缆螺 母， 紧固力不少于 1 5 0 N- m; ④依此顺序， 随掘进前 探梁连续铰接， 后方的梁回下后及时往前铰接， 保证 迎头1 5 架棚子范围使用前探梁整体支护。 2 前探梁的优点。①可以提前探梁并插背顶 板， 对顶板起到了超前支护的作用， 人员始终在有支 护的顶板下作业， 真正杜绝了空顶作业， 从而减少了 顶板伤人事故的发生; ②梁体长度等于棚距， 保证了 支护密度， 提高了支护强度， 杜绝了棚子前倾后仰; ③先探梁后栽棚腿， 在搭接长度固定的前提下， 可以 保证巷道所需高度及合格的断面; ④迎头 巧架棚子 的前探梁沿走向整体铰接， 增加了 棚子的整体性， 提 高了迎头施工的安全可靠性。 作者简介 张玉川， 男， 助理工程师， 现为开滦林西矿业 公司总工室管段工程师。 收稿日 期 2 0 0 5 - 0 9 - 0 9 ; 责任编样 王福厚 .4 5