动压巷道锚网支护技术.pdf

文章编号 1003- 5923200202- 0054- 03 动压巷道锚网支护技术 陈岐范1,田学起2,柏正才1,颜卫东1 1. 兖州矿业集团 济宁二矿,山东 济宁272072; 2.山东煤矿安全监察局 二处,山东 济南250031 摘 要本文通过对动压巷道受压的分析,根据23下03孤岛综放工作面沿空巷道的地质条件和周围的开 采状况,进行了锚网支护设计。在实施中,通过矿压观测,根据地质条件变化,采取了若干加强支护方法,具有 一定的借鉴意义。 关键词动压巷道;孤岛沿空;矿压观测;加强支护 中图分类号 TD353. 6 文献标识码 A 1 概述 动压巷道泛指经受采动压力影响的井下巷道。 动压或动压力指由于矿山开采活动所形成的各种 集中压力,包括回采工作面超前集中压力,一侧采 空的单侧煤柱压力,两侧采空的双侧集中压力,以 及其它叠加压力。动压巷道的特点在于巷道在掘 进过程中,处于原始应力场中的静压力,受到采动 影响,改变了原岩应力场的平衡状态,导致巷道围 岩应力再次或多次重新分布。 巷道原有的静压状态 下的稳定平衡被打破,围岩发生显著变形位移和压 力增大,需要经过应力重新分布达到新的平衡后, 巷道围岩才能重新稳定下来。掘砌该类巷道时,如 果巷道的支护不能适应采动影响带来的应力变化, 或者没及时采取相应的加固补救措施,则巷道会受 到不同程度的破坏,或断面变形,或围岩松动失稳, 影响巷道的正常安全使用。 因此,动压巷道支护结构和主要参数不能象静 压巷道那样,只考虑原岩应力场的作用,还必须充 分考虑巷道受各种采动影响的集中压力的程度及 其相应的变形、 位移、 压力值,然后以此为根据,选 择适当的支护结构和正确的参数。 济宁二矿于1997年11月8日投产,煤巷掘进 全部采用综合机械化掘进机掘进,工作面的回采采 用综合机械化放顶煤。投产以来,按照动压巷道的 特点,选择合适的支护结构和支护参数,设计施工 了多条采面单侧沿空的巷道。23下03综放工作面 是济宁二矿第一个三侧沿空的孤岛综放工作面。 2 23下03孤岛综放工作面的地质条件 该工作面位于23下02工作面、23下04工作面 和23下00工作面之间,三面沿空。轨道顺槽与23下 02工作面运输顺槽沿空,运输顺槽与23下04工作 面运输顺槽沿空,工作面切眼与23下00工作面运 输顺槽沿空。详见平面布置图1 图1 平面布置图 3下煤在该面内结构较复杂,煤厚2. 2～ 8. 0 m ,平均为5. 85 m ,倾角2～8,平均4,f 1. 91;巷道埋深560 m。 煤层顶部含0～2 m的泥岩伪顶,深灰色,含 植物化石碎片,易冒落,伪顶上部为0～11. 5 m厚 的粉砂岩,深灰色,下部含泥质;再上部为厚5. 5～ 11. 2 m的中砂岩,灰白色,岩性坚硬,泥质胶结,局 部含泥质条带;直接底为泥岩,厚0. 77～2. 9 m ,灰 黑色,岩性松软,易膨胀;老底为粉细砂岩,厚2～ 11. 7m。 3 23下03孤岛综放工作面沿空顺槽煤柱尺寸确定 23下03孤岛综放工作面两巷比邻采空区,由 于对相邻工作面开采在煤体内产生的次生应力分 收稿日期 2001- 08- 20 作者简介陈岐范1968- ,男, 1990年毕业于山东矿业学院矿建系,曾任掘进队技术主管,综掘队队长,现在生产技术科工作。 45 2002.№2 矿山压力与顶板管理 布缺乏了解,利用计算机模拟缺乏必要的数据。因 此,确定煤柱尺寸主要依据以下几个原则 1根据济二矿和兖矿集团各矿综放沿空巷 道的研究成果和施工经验,煤柱尺寸一般在3. 5～ 4. 0 m之间。 2 23下03孤岛综放工作面两巷道的地质条 件及相邻工作面的矿压观测资料。 3确保不存在大的结构失稳问题。 4根据南屯煤矿实测次生应力分布特征,进 行初步计算机模拟定性分析。 综合以上分析,确定23下03孤岛综放工作面 巷道煤柱尺寸为4 m。 4 23下03孤岛综放工作面顺槽锚网支护设计 根据锚杆对综放沿空顺槽软弱破碎煤体的锚 固机理和济二矿综采工作面沿空顺槽锚网支护已 取得的经验,对23下03孤岛综放工作面沿空顺槽 锚网支护参数进行设计。 矩形巷道断面,宽4. 2 m ,高3. 2 m ,顶板采用 5根 5222400 mm高强度螺纹钢锚杆,锚杆间排 距900900 mm ,全长锚固,巷中两侧700 mm位 置各布置一排8. 0 m长的锚索进行支护,锚索间 距2. 7 m;两帮采用4根 5222200 mm高强度螺 纹钢锚杆,锚杆间排距800900 mm ,加长锚固; 所有锚杆配球形阻尼螺帽和拱形托盘;钢带用梯形 钢带。为防止采空区漏风,对沿空侧半个巷道喷 100 mm厚混凝土封闭,如图2。 图2 锚网支护图 5 锚网支护施工工艺 巷道掘进采用综掘机械化沿煤层底板掘进。 围 岩稳定时,一次截割1. 9 m;围岩不稳定时,一次截 割0. 75 m。打顶板锚杆采用澳大利亚 “眼镜王蛇” RTM 31745- 70SS顶置式三级支腿锚杆机,打帮 锚杆采用电煤钻。 锚杆、 锚索安装紧跟迎头并在临时支护下进 行,采用快速安装工艺。 锚杆眼均采用528mm钻头打设,树脂药卷直 径为 523 mm。顶帮锚杆眼内放入一卷长350 mm 超快树脂药卷和一卷长700 mm快速树脂药卷,采 用加长锚固。锚杆穿入梯形钢带预留的锚杆眼内, 与梯形钢带连成一体。 两帮最上部的帮锚杆将顶网 和帮网穿压在一起。打出锚杆眼后,先吹净钻孔内 的水和煤粉,边搅拌边将锚杆推至眼底,卸下钻机 后,用力矩扳手再将锚杆拧一边,使顶锚杆扭矩达 到100 NM ,帮锚杆扭矩达到60 NM。 6 矿压观测 1巷道综合矿压观测方案如图3。 2全部仪器均在掘进期间紧靠迎头安装。 3每隔30～50 m安装一个两路RockIT 围岩变形仪或顶板离层仪,每班读取两仪器的有关 数据,如果顶板变形或离层较大,则采取相应的加 强支护措施。 图3 综合矿压观测方案 7 加强支护形式及技术要求 7. 1 需要加强支护的各种情况 1如果现场技术人员根据现场地质条件的 变化,认为有必要加强支护,则按要求增加支护强 度。 2如果顶板岩性发生变化或遇到地质构造 如断层、 淋水、 褶曲的轴部、 破碎带、 节理等 , 需要 增加辅助架棚支护。 3如果巷道因超挖或其它原因而导致第一 次掘进成巷时宽度超过4300 mm ,则也需要在超 宽的区域增加锚杆;如果宽度超过5000 mm ,则需 要在超宽的区域打设点柱。 4如果巷帮高度大于3500 mm ,则需要补打 55矿山压力与顶板管理 2002.№2 巷帮锚杆。 5如果顶煤厚度大于3. 5 m ,则考虑增加其 它支护措施。 6根据顶板离层仪和多点位移计监测结果, 决定在掘进阶段就增加顶板辅助支护。 ① 如 果 锚 杆 长 度 范 围 以 内 的 位 移 超 过 40 mm ,即浅部位移大于40mm ,那么,需要减少锚 杆间排距和锚索间排距,以增加支护强度。 ② 如果锚杆长度以上的位移超过30 mm即 2路RockIT围岩变形指示仪 “T” 刻度读数减去 “L” 刻度读数之差大于30 mm , 那么,需要在掘进 迎头按3 m间距安装高强鸟笼注浆锚索,如图4。 图4 加强支护图 7. 2 支护形式及技术要求 1不论何种原因需要加强支护时,必须对现 场进行检查评估,进行短锚固试验即用150 mm 长的树脂药卷在顶板做拉拔力试验 , 如果拉拔力 小于30 kN ,应采用锚网索架棚联合支护。 2对怀疑有隐患的整个区域,在基本支护的 基础上增加锚索。 3在监测到变形异常的顶板离层仪前后增 加支护强度,直至邻近的RockIT围岩变形指示 仪显示变形小于预计的区域为止。 4布置足够密度的锚索,直至锚杆锚固范围 以上的位移小于30 mm。 5如果顶板累计下沉值超过了120 mm ,仍 未稳定,则增加注浆锚索。 6在围岩松软、 构造带、 受水影响以及锚杆 的载荷传递性无法达到可以接受的程度时,采用锚 网索架棚联合支护。 8 23下03孤岛综放工作面顺槽锚网支护的效果 从巷道的整体变形看,底角处变形比较严重, 主要原因是底角处受力比较集中,并且是薄弱环 节,应加强该位置的支护,缩小两帮最下端锚杆与 底板之间的距离。总之, 23下03孤岛综放工作面锚 网支护巷道除在第80～270 m局部区段轻微底鼓 外,整体稳定性较好,巷道断面均处于工程允许范 围内。 上接第53页 由于巷道变形量不大,上下出口通畅,无需卧 底且支护安全可靠,能很好地满足维护使用要求。 4 主要结论与建议 1锚网支护主动及时,能有效控制围岩变形,设 计支护参数的选择安全性高,避免冒顶片帮,减少 接顶背帮工作量,提高了巷道断面利用率。 2在现综采工艺条件下,工人劳动强度大大 降低,经过培训,工人易于掌握,乐于施工。 3加快了掘进施工速度,缓解了掘进接替紧 张局面,提高了生产效率。 就B8煤而言,综、 炮掘月 最高单进由原来架棚支护的213 m和160 m分别 提高446m和235m。C13- 1煤巷综掘月最高单进由 原来的架棚支护的213 m提高到278 m。 4节约材料,降低成本。B8煤锚网支护每米 成本832元,与U型棚相比直接费用每米节约 1295元。C13- 1煤锚网支护每米成本1372元,与U 型棚相比直接费用每米节约755元。 为完善锚网支护效果、 提高掘进速度、 使其适 应更加复杂条件,仍需解决以下问题 5出于安全考虑,锚网支护参数均偏于保 守。B8煤巷虽然是大间排距支护,但经回采验证, 由于支护强度偏大,造成顺槽进入老塘后,直接顶 长距离不冒落,给上隅角瓦斯治理和工作面防治自 然发火带来困难。 因此还要进一步优化调整支护参 数。B8煤巷可进一步加大锚杆排距 ,C 13- 1煤巷也可 对帮锚杆的数量减少、 长度减短,顶锚杆减少,取消 锚索等。 6设备要配套,为了适应沿空掘巷和在坚硬 岩石中钻进,需要大扭矩,大推力锚杆钻机。 综放巷 道较高,在用手持式帮锚杆钻机无法满足安装帮部 锚杆情况下,需开发带有伸缩气腿的帮部锚杆机。 65 2002.№2 矿山压力与顶板管理