大倾角三软煤层控制三角煤顶锚杆支护技术.pdf

收稿日期2 0 0 4 - 0 3 - 1 5 作者简介余文彬 （1 9 6 7 -） ，男，高级工程师，1 9 9 0年毕业于淮南矿业学院矿井建设专业，现任淮南矿业集团潘集第 三煤矿生产技术科科长。 大倾角三软煤层控制三角煤顶锚杆 （索） 支护技术 余文彬 （淮南矿业集团 潘集第三煤矿，安徽 淮南 2 3 2 0 9 6） 摘要潘三矿1 3 - 1煤属典型的三软、破碎、复合顶板煤层，埋藏深、压力大，巷道支护 困难。由于该矿地质条件复杂，局部煤层倾角较大，当掘进巷道沿煤层走向施工时，无论是采 用架棚支护还是采用锚杆 （索） 支护方式，均存在诸多施工难题。该矿在总结煤巷锚杆 （索） 支护 经验基础上，在1 2 6 1（3） 工作面轨顺成功进行了控制三角煤顶锚杆 （索） 支护试验，取得了良好的 支护效果，实现了煤巷锚杆 （索） 支护技术的突破。 关键词大倾角；三软煤层；锚杆 （索） 支护 中图分类号T D 3 5 3 . 6 文献标识码B文章编号1 6 7 1 - 0 9 5 9（2 0 0 5） 0 1 - 0 0 2 6 - 0 2 1 地质条件 1 2 6 1 （3） 工作面位于西一采区，东至Ⅺ勘探线，西 至西一采区上山，北邻1 2 4 1（3） 工作面已回采完毕，南至 1 3 - 1煤- 7 4 0 m底板等高线。工作面标高- 6 4 0 - 7 4 0 m， 对应地面标高 2 1 . 2 2 3 . 8 m。 1 . 1 煤层 1 3 - 1煤厚2 . 4 7 3 . 8 m，平均3 . 4 m，煤体为粉末状、 半暗型、破碎，煤层走向1 82 1 0 ≠、倾角53 5 ≠，f1， 受区域南北构造应力作用，小断层发育。该面运输顺槽位 于董岗营向斜轴部，顶板倾角小，轨道顺槽位于向斜北翼， 倾角较大，一般为2 4 3 5 ≠，平均倾角3 0 ≠。 1 . 2 顶底板 煤层顶板属典型复合顶，直接顶为深灰色砂质泥岩， 厚5 . 4 5 m，裂隙节理发育，破碎；老顶为泥岩，厚5 . 4 3 m， 夹有若干层煤线；直接顶与老顶之间是1 3-2煤层，厚 0 . 8 0 m。底板为泥岩，局部含炭，厚5 . 7 4 m。 1 . 3 水文及其它 顶底板含水性弱，断层附近含一定量的裂隙水，对生 产有一定影响。高瓦斯双突煤层，煤尘具有爆炸性，煤易 燃，地温较高。 2 支护方式的选择 2 . 1 架棚支护 采用三心拱2 9 U型棚支护跟顶掘进，存在三个方面的 问题上肩窝煤顶难控制，易冒顶，接顶费工费料，且 大面积冒顶区内存在发火隐患；因受煤层厚度及倾角限 制，上帮需破底0 . 8 m左右，不利于煤质管理；支架与 顶板之间点接触，受力不均，易扭曲变形。 图1 1 2 6 1（3）轨道顺槽支护设计 2 . 2 跟顶锚杆 （索） 支护 该巷道掘进初期采用锚杆 （索） 支护跟煤层顶板掘进约 1 0 0 m，发现存在下列问题巷道上帮高度达4 . 5 m左右， 易片帮，安全管理难度大；当综掘机一次成巷达到设计 巷道高度时，上、下帮高差达2 . 5 m，上帮太高，锚杆钻机 够不着，下帮太低，锚杆钻机竖不起来，施工相当困难； 巷道上、下帮高差大导致断面有效利用率低，难以满足 生产需要；’巷道顶部锚杆 （索） 受水平方向剪切力较大， 造成锚杆 （索） 破断率较高。 62 施工技术煤炭工程 2 0 0 5年第1期 2 . 3 控制三角顶煤锚杆 （索） 支护 为了避免上述两种支护方式存在的不足，充分发挥锚 杆 （索） 的主动支护优势和超前管理作用，在1 2 6 1（3） 工作 面轨顺采取上帮控制三角顶煤，下帮跟煤层顶板的支护方 式。其优点是降低了上帮高度，提高了巷道断面有效利用 率，方便了上帮及顶部锚杆施工；缺点是控制三角顶煤不 同于普通的跟煤顶施工，不能顺着煤层分层的层面掘进， 煤顶平面必须与分层层面斜交，施工过程中煤顶易冒落， 管理难度大。 3 支护参数 3 . 1 巷道断面 宽*高E 4 . 4 m* 3 . 4 m。 3 . 2 顶部支护 采用长4 4 0 0 m m的M 5钢带，Φ 2 2*2 5 0 0 m m锚杆，间 排距8 0 0 m m*7 0 0 m m；Φ 1 8*7 5 0 0（6 3 0 0）m m锚索，间排 距1 6 0 0 m m* 1 4 0 0 m m；8金属网。 3 . 3 帮部支护 上帮长3 2 0 0 m m轻型钢带，Φ 2 0 * 2 2 0 0 m m锚杆，间 排距7 5 0 m m* 7 0 0 m m，1 2金属网。 下帮长2 2 0 0 m m轻型钢带，Φ 2 0 * 2 2 0 0 m m锚杆，间 排距6 5 0 m m* 7 0 0 m m，1 2金属网。 3 . 4 锚固方式 采用加长锚固，每根锚杆用K 2 3 3 5和Z 2 3 5 5树脂锚固 剂各一卷，每根锚索用K 2 3 3 5树脂锚固剂一卷、Z 2 3 5 5树 脂锚固剂三卷。 4 施工方法 1）预留煤顶割煤时自巷中对上帮的三角煤顶进行预 留，然后打Φ 2 0 * 1 2 0 0 m m临时锚杆12根对煤顶进行超 前管理，当顶煤特别破碎时，先人工用手镐挖走预留煤顶 下方的部分煤体，向前方打加长倾斜临时锚杆超前控制煤 顶，再用综掘机割煤，并加大预留煤顶的厚度。 2）临时支护割煤后连网上钢带，并用综掘机切割头 将钢带中部抵弯，使之紧贴煤顶，再用带帽点柱进行临时 支护。 3）安顶锚杆钢带固定好后，从中部向两边打顶部锚 杆眼，安顶部锚杆，打一个锚杆眼安装一根锚杆。 4）安装锚索排距够一排打一排，7 5 0 0 m m锚索用在 上帮，6 3 0 0 m m锚索用在下帮，锚索安装后要等3 0 m i n才 能进行张拉。 5）安帮锚杆按设计宽度刷齐两帮煤壁，挂网压钢 带，再打帮眼安装帮锚杆。 5 质量标准化要求 1）巷道中线至任何一帮允许误差0 1 5 0 m m，巷道 净高允许误差0 1 5 0 m m。 2）锚杆 （索） 间排距允许误差-1 0 01 0 0 m m，锚杆 垂直顶板及煤帮，与煤岩面夹角要大于7 5 ≠。 3）顶锚杆扭矩不低于1 0 0 Nm，帮锚杆扭矩不低于 6 0 Nm，锚杆外露不超过5 0 m m。 4）顶锚杆锚固力为1 0 0 k N，帮锚杆锚固力为5 0 k N。 5）锚索预紧力为1 0 0 k N，锚索外露不超过3 0 0 m m并 垂直于顶板。 6 安全措施 1）采用带帽点柱进行临时支护，顶板破碎时，加打短 锚杆对顶板进行超前管理。 2）锚索安装4 8 h内若出现松动现象，应及时补拉。 3）发现有失效的锚杆、锚索，应及时补打。 4）张拉锚索时，千斤顶下方4 5 ≠范围内严禁站人。 5）锚杆支护紧跟迎头，掘1排打1排，两帮支护可滞 后迎头2 3排。 6）采用人工刷帮，严格控制巷道成形。 7）控制巷道迎头高度，防止上帮片帮伤人。 7 矿压观测 7 . 1 表面位移观测 采用十字布点法观测顶底板及两帮相对移近量。结果 表明，巷道顶底板相对位移量一般为7 0 09 0 0 m m，平均 为8 0 0 m m左 右；巷 道 两 帮 相 对 移 近 量 一 般 为3 0 0 5 0 0 m m，平均为3 8 5 m m。巷道围岩变形剧烈影响期一般为 1 5 d左右，在此期间，巷道围岩的变形速度一般为3 0 5 0 m m／d，巷道围岩的变形量可达总变形量的5 0 左右。 巷道掘进两个月后，巷道围岩变形进入稳定期。 7 . 2 顶板离层观测 采用多点位移计进行顶板离层观测，测点位置分别位 于顶板深部2 m、4 m和6 m。观测结果表明，顶板浅部位移 大于深部位移，顶板离层量一般为1 0 0 m m左右，最大达 1 5 5 m m。 7 . 3 锚杆 （索） 受力观测 巷道内布置锚杆 （索） 受力观测站三个，每个观测站安 装液压枕1 7块，进行全断面受力状况观测。结果表明，巷 道顶部锚杆和帮部锚杆的载荷基本相等，一般为6 0 1 0 0 k N，最大1 4 0 k N，平均8 0 k N；锚索载荷一般在1 0 0 k N 以上，最大2 0 0 k N。顶板锚杆和锚索的载荷增长迅速，一 般在安装5 1 0 d内载荷迅速增长，随后进入缓慢增长或稳 定阶段；巷帮锚杆载荷增长缓慢，要2个月左右时间才能 进入缓慢增长或稳定阶段。 8 结语 通过高预应力锚杆 （索） 支护系统对三角煤顶进行控制， 降低了上帮高度，避免了片帮伤人事故，消除了高帮作业 的安全隐患；消除了跟煤顶掘进时上下帮出现的大高差， 方便了施工；提高了巷道断面的有效利用率，为合理布置 设备及管线创造了有利条件；改变了顶部锚杆 （索） 的受力 状态，降低了锚杆 （索） 的破断率，取得了良好的支护效果。 （责任编辑马光辉） 72 2 0 0 5年第1期 煤炭工程施工技术