煤矿巷道锚固支护的研究.pdf

引言 巷道支护效果的好坏，对煤矿生产的顺利推进 以及井下人员的安全都有着非常重要的作用[1-2]。 实 践过程中发现， 对于围岩结构不是非常稳定的巷道， 在开展巷道支护过程中容易出现支护构件损坏、 冒 顶、 片帮等问题[3-4]。 因此， 有必要对巷道支护方案进 行深入的分析和研究，以寻求更加优异的巷道锚固 支护方案， 保障煤矿巷道的正常运行， 降低巷道支护 的维护成本[5-6]。 1煤矿巷道总体情况 某现代化大型煤矿当前阶段主要开采的是 2 号 煤层， 该煤层的厚度范围大约在 6.248.36 m， 平均 煤层厚度为 7.35 m， 属于近水平煤层。 其中的一个运 输巷道沿着煤层底板进行布置，该巷道的断面尺寸 （宽度高度）为 5.4 m3.7 m，埋深在 600650 m 左右。 巷道有一段区域围岩存在断层现象， 中部区域 属于构造盆地， 围岩结构整体上比较松散， 甚至有部 分地方存在空洞的现象。煤矿开采过程中有发生冒 顶、 片帮等问题的可能性。为了保障煤矿生产安全， 有必要对此运输巷道进行锚固支护。 2煤矿巷道锚固支护方案的设计 每排设置 6 根锚杆， 各锚杆之间的距离相等， 锚 杆的间距和排距全部设置为 1 m，两侧锚杆与巷帮 的距离为 0.2 m。 不管是顶板还是两帮采用的锚杆规 格尺寸全部都是 500 号 椎22-M24-2400 mm，属于 左旋螺纹钢锚杆， 通过直径为 30 mm 的钻头进行钻 孔。 对于顶板锚杆， 通过 2 支树脂锚固剂对其进行加 长锚固， 2 支树脂锚固剂的规格分别为 MSK2335 和 MSZ2360。对于巷道两帮的锚杆， 通过 1 支树脂锚固 剂对其进行加长锚固即可， 型号为 MSZ2360。 位于两 肩角部位的锚杆安装时倾斜 10，其余部位的锚杆 安装时全部和煤岩面保持垂直。锚杆安装时还需要 用到一些配件， 主要包括 M24 高强锚杆螺母、 规格尺 寸为 150 mm150 mm10 mm 的拱形高强度铁托 板且拱高为 36 mm、 尼龙垫圈和配合球垫等。钢带通 过直径为 14 mm 的钢筋焊接制作而成，具体尺寸为 椎142-100-950-5050 mm-6。 网片的长度和宽度分 别为 5.8 m 和 1.1 m。锚索安装在两排锚杆的中间位 置， 且通过 “3-2-3” 的方式进行布置， 即在其中的一 个隔排巷中布置 3 根锚索，相邻锚索间的距离设置 为 1.8 m。而在相邻的一个隔排巷中布置 2 根锚索， 相邻锚索间的距离同样为 1.8 m。锚索的直径为 22 mm， 长度为 7.3 m。锚索的结构形式有很多种， 下文 将会对不同锚索结构形式对锚固支护效果的影响进 行研究。安装锚索时通过 3 支树脂锚固剂进行药卷 锚固， 其中 MSZ2360 型号 2 支， MSK2335 型号 1 支。 拖板使用的是规格尺寸为 300 mm300 mm16 mm 的高强度可调心拖板， 同时还需要使用配套的锁 具和球垫。要求托盘拱高超过 60 mm， 承载能力超过 400 kN。 每排设置 4 根锚杆，锚杆的间距和排距全部设 计成 1 m， 最上侧锚杆距离顶板 0.3 m， 最下侧锚杆距 离底板 0.4 m。最上侧和最下侧的锚杆安装时倾斜 10，其余部位的锚杆安装时全部与煤岩面保持垂 直。 钢带通过直径为 14 mm 的钢筋焊接制作而成， 具 体尺寸为 椎142-100-1000-3300 mm-4。网片的长 度和宽度分别为 3.5 m 和 1 m。根据具体情况可以对 底板进行钻孔卸压处理，不同孔之间的横向和纵向 距离都设置为 1 m， 孔的直径为 0.2 m， 长度为 2.4 m， 见下页图 1。 煤矿巷道锚固支护的研究 李成文 （南煤集团南庄分公司， 山西阳泉045000） 摘要 在分析煤矿巷道围岩结构特征的基础上， 对巷道顶板和两帮的支护方案进行了详细分析和研究， 利 用 FLAC3D 数值模拟软件计算了锚杆预紧力、 锚索结构形式对锚固支护效果的影响， 得到了最优的锚固技术 参数。将设计的煤矿巷道支护技术方案应用到实践中， 通过实际监测发现巷道顶板和两帮的位移变形量均控 制在了合理范围内， 取得了较好的应用效果。 关键词 煤矿巷道锚固支护围岩结构 中图分类号 TD353.6文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 07-0092-03 收稿日期 2020-04-25 作者简介 李成文 （1976） ， 男， 本科， 毕业于中国矿业大学， 地 测工程师。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.07.040 总第 207 期 2020 年第7 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 207 No.7， 2020 机械分析与设计 2020 年第 7 期 3煤矿巷道锚固支护关键参数的优化 为了明确巷道锚固支护方案中的一些关键参数， 本研究中利用 FLAC3D 数值模拟软件对设计的锚固 支护方案进行模拟分析。 主要分析了不同锚杆预紧力 和不同结构形式的锚索对锚固支护效果的影响。 为掌握不同锚杆预紧力对巷道锚固支护效果的 影响，利用上述的顶板和两帮支护方案开展数值模 拟工作。在其他条件全部相同的情况下，预紧力在 30150 kN 范围内取值， 每间隔 30 kN 取一个值进行 模拟分析计算。 完成分析计算工作后， 对计算结果进 行统计分析， 得到巷道顶板和两帮的位移变形情况。 结果如表 1 所示。 从表 1 中数据可以看出，随着锚杆预紧力的不 断增加，顶板的最大位移量先逐渐降低然后再慢慢 增加。预紧力为 90 kN 时为拐点。当锚杆预紧力为 90 kN 时顶板的位移量最小， 为 120.39 mm。两帮位 移量与顶板位移量表现出相同的变化趋势，同样在 90 kN 时两帮的位移量达到了最小值，为 131.45 mm。基于上述分析结果可以看出， 锚杆预紧力会对 巷道顶板和两帮的位移变形量产生影响。当预紧力 为 90 kN 时， 顶板和两帮的变形量均达到了最小值。 因此，在本文设计的巷道锚固支护方案中将锚杆预 紧力设置为 90 kN。 锚索是巷道锚固支护中的重要构成部分，其性 能的优劣会对整个锚固支护方案的好坏产生决定性 影响。因此， 必须合理选用锚索结构形式。本文主要 对比了两种锚索形式对锚固支护性能的影响，其中 一种为普通锚索， 另外一种为特殊的鸟巢锚索。 鸟巢 锚索的特殊之处在于在整个锚索上分布有很多鸟巢 结构。以锚索结构为控制变量， 其他条件全部相同， 且将锚杆预紧力设置为 90 kN。图 2 所示为不同锚 杆结构形式对应的位移变形云图。 从图中数据可以看出，使用不同结构形式的锚 索时， 其延伸变形量存在一定的差异。 但是在与围岩 比较接近的部位， 两种结构的锚索位移基本相同。 主 要是因为这部分锚索与围岩一起发生变形。而在比 较深的位置，普通锚索的位移量与鸟巢锚索的位移 量相比较更大，说明普通锚索在锚固过程中会与围 岩之间发生更大的错位位移。鸟巢锚索具有更加优 异的锚固性能。 因此， 在本方案中通过鸟巢锚索的形 式进行锚固支护。 4煤矿巷道锚固支护效果的监测分析 根据本文设计的煤矿巷道锚固支护技术方案 进行锚固施工。完成施工工作后， 对锚固支护效果 进行监测。沿巷道方向每间隔 1 m 设置 1 个监测 站， 总共设置了 3 个监测站。对每个监测站每天都 测量该处位置顶板和两帮的位移变形情况。下页图 3 所示为巷道顶板和两帮的位移变形情况随时间的 演变曲线。 从图 3 中可以看出， 随着时间的推移， 不管是巷 道顶板还是两帮的位移变形量均出现了一定程度的 增加。且在前 30 d 时间范围内位移变形的速率相对 较大，顶板和两帮的位移变形速率最大时分别达到 了每天 4.3 mm/d 和 5.1 mm/d。随后增加速率逐渐减 缓， 达到 40 d 左右时， 位移变形量基本保持稳定， 不 再发生明显的变化。 达到稳定状态时， 三个监测站的 顶板位移量分别为 118 mm、 109 mm 和 135 mm， 两 帮的位移量分别为 114 mm、 137 mm 和 157 mm。可 以看出， 通过本文设计的锚固支护方案， 将巷道的变 形量控制在了合理范围内， 达到了预期效果。 参考文献 [1]关崇伟.燕子山矿石炭系巷道支护优化设计[J].煤， 2020， 29 （1） 55-56. [2]景涛， 李兵.大断面巷道二次联合支护技术研究[J].陕西煤炭， 2020， 39 （1） 46-50. [3]尉瑞， 冯伟斌， 樊佛佑.膨胀型软岩顶板沿空巷道支护设计优化 [J].土木工程， 2019， 8 （1） 7-12. [4]潘振华.深部巷道支护探究[J].能源与节能， 2019 （9） 136-137. [5]张成文， 李浩栋， 田向阳.高应力破碎围岩巷道支护技术研究与 图 1煤矿巷道锚固支护方案断面图 （单位 mm） 锚杆预紧力 /kN3060090120150 顶板位移变形量 /mm 121.65120.98120.39121.32122.63 两帮位移变形量 /mm 132.96132.05131.45132.16133.42 表 1不同锚杆预紧力时顶板和两帮的位移变形量 图 2不同结构锚索杆体的位移 （m） 变形情况对比 5 400 1 800 1 8001 800 1 000 200 2 400 1 000 卸压钻孔 金属网 锚杆 -2.3000E-01 -2.1000E-01 -1.9000E-01 -1.7000E-01 -1.5000E-01 -1.3000E-01 -1.1000E-01 -9.0000E-02 -7.0000E-02 -5.0000E-02 -3.4292E-02 -2.3310E-01 -2.2000E-01 -2.0000E-01 -1.8000E-01 -1.6000E-01 -1.4000E-01 -1.2000E-01 -1.0000E-01 -8.0000E-02 -6.0000E-02 -4.0000E-02 -2.6107E-02 -2.3305E-01 2-1 普通锚索2-2 鸟巢锚索 李成文 煤矿巷道锚固支护的研究93 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 应用[J].矿山工程， 2016 （2） 57-63. [6]武东亮.巷道过断层群稳定性分析及支护技术研究[J].能源与 节能， 2020 （1） 124-125. （编辑 赵婧） 3-1顶底板位移变形情况 图 3巷道顶板和两帮的位移变形情况实际检测结果 Research on Design of Anchor Support in Coal Mine Roadway Li Chengwen （Nanzhuang Branch of Nan Coal Group, Yangquan Shanxi 045000） Abstract Based on the analysis of the surrounding rock structure characteristics of the coal mine roadway, the support schemes of the roof and the two sides of the roadway are analyzed and studied in detail. The FLAC3D numerical simulation software is used to calculate the pre-tightening force of the anchor rod and the anchor cable structure . The effect of the support effect obtained the optimal anchoring technical parameters. The designed technical scheme of coal mine roadway support was applied to practice. Through actual monitoring, it was found that the displacement and deation of the roadway roof and the two sides were controlled within a reasonable range, and a good application effect was obtained. Key words coal mine; roadway; anchor support; surrounding rock structure 3-2两帮位移变形情况 20 40 60 80 100 120 140 0 5040302010600 时间 /d 测站一测站二测站三 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 5040302010600 时间 /d 测站一测站二测站三 运行直接关系着煤矿企业的经济效益。 DTL120 带式 输送机以输送带作为牵引与承载部件的输送设备， 不仅结构简单、 运行平稳、 环境污染小， 而且自动化 水平较高、 操作方便， 已成为煤矿开采不可或缺的关 键输送设备。对 DTL120 带式输送机的安装与调试 技术进行研究，可更好地促进我国的煤矿产业的健 康发展。 参考文献 [1]杨宏涛.高强带式输送机快速安装技术研究[J].煤矿机电， 2015 （6） 81-83. [2]苏小平.煤矿生产中带式输送机的安装和调试技术探讨[J].科 技经济导刊， 2019， 27 （1） 94. [3]苗强.煤矿带式输送机安装技术要求及规范探讨[J].机械管理 开发， 2018 （6） 22-23. [4]刘丁丁.DTL 型带式输送机结构特点及安装技术要求[J].机械 管理开发， 2019， 34 （2） 295-296. [5]邵宁范.DTL120/140/3200 型大巷带式输送机的研制[J].科技 与企业， 2013 （15） 321. [6]王致功.矿用可伸缩带式输送机安装技术要求研究[J].机械工 程与自动化， 2019 （1） 199-200. （编辑 王瑾） Research on the Installation and Debugging Technology of DTL120 Belt Conveyor Guo Peng （Safety Administration Bureau of Datong Coal Mine Group, Datong Shanxi 037003 ） Abstract Taking DTL120 belt conveyor as the research object, this paper expounds the structure composition, technical parameters, working principle and function requirement of conveyor, analyzes the installation requirements, installation steps and debugging technology of conveyor, and studies the adjustment of belt deviation problem in order to provide technical support for installation and commissioning of DTL120 belt conveyor. Key words DTL120 belt conveyor; installation; debugging; technology research （上接第 91 页） 94