大断面锚网支护巷道综掘快速成巷技术研究.pdf
第 4 2卷第 8期能 源 与 环 保 V o l 4 2 N o 8 2 0 2 0年8月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nA u g . 2 0 2 0 收稿日期 2 0 2 0- 0 4- 0 1 ; 责任编辑 陈朋磊 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 / j . c n k i . 1 0 0 3- 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 8 . 0 5 5 作者简介 郭俊凡( 1 9 9 0 ) , 男, 山西洪洞人, 助理工程师, 2 0 1 2年毕业于山西煤炭职业技术学院, 现从事生产技术管理工作。 引用格式 郭俊凡. 大断面锚网支护巷道综掘快速成巷技术研究[ J ] . 能源与环保, 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 2 5 0 2 5 2 , 2 5 8 . G u o J u n f a n . S t u d yo nr a p i dr o a d w a y f o r m i n g t e c h n o l o g y o f f u l l y m e c h a n i z e dd r i v i n g i nl a r g e s e c t i o n r o a d w a y u s i n g b o l t w i t h w i r e m e s h [ J ] . C h i n aE n e r g y a n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 2 5 0 2 5 2 , 2 5 8 . 大断面锚网支护巷道综掘快速成巷技术研究 郭俊凡 ( 晋煤集团 寺河煤矿生产技术管理部, 山西 晋城 0 4 1 2 0 0 ) 摘要 为了确保大断面半煤岩锚网支护巷道的稳定性, 提出在大断面半煤岩锚网支护巷道中, 采用锚 杆支护信息动态设计“ 五步” 法, 结合对实际支护效果的监测, 对巷道的支护参数进行了优化。研究得 出, 该方法能保证巷道掘进期间的安全稳定, 减少了顶板锚索的支护密度, 缩短了顶板支护打锚索的 时间, 并极大地提高了巷道的掘进速度。 关键词 大断面; 半煤岩; 锚网支护; 快速成巷; “ 五步” 法; 现场监测 中图分类号 T D 3 5 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3- 0 5 0 6 ( 2 0 2 0 ) 0 8- 0 2 5 0- 0 3 S t u d yo nr a p i dr o a d w a yf o r mi n gt e c h n o l o g yo f f u l l y me c h a n i z e dd r i v i n gi n l a r g es e c t i o nr o a d w a yu s i n gb o l t w i t hw i r eme s h G u oJ u n f a n ( P r o d u c t i o nT e c h n o l o g yM a n a g e m e n t D e p a r t m e n t o f S i h e C o a l M i n e , J i n c h e n gC o a l G r o u p , J i n c h e n g 0 4 1 2 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t I no r d e r t oe n s u r et h es t a b i l i t yo f t h el a r g ec r o s s s e c t i o nr o a d w a yw i t hs e m i c o a l r o c ka n c h o r n e t s u p p o r t i n g , t h i s p a p e r p r o p o s e dt h ed y n a m i cd e s i g no f t h e" f i v e s t e p "m e t h o du s i n ga n c h o r s u p p o r t i n gi n f o r m a t i o ni nt h el a r g ec r o s s s e c t i o nr o a d w a yw i t hs e m i c o a l r o c ka n c h o r n e t s u p p o r t i n g . C o m b i n e dw i t ht h em o n i t o r i n g o f a c t u a l s u p p o r t e f f e c t , t h e s u p p o r t i n g p a r a m e t e r s o f r o a d w a y w e r e o p t i m i z e d . T h er e s e a r c hs h o w e dt h a t t h i s m e t h o dc a ne n s u r et h es a f e t ya n ds t a b i l i t yd u r i n gt h et u n n e l i n g , r e d u c et h es u p p o r t i n gd e n s i t yo f t h er o o f a n c h o r c a b l e , s h o r t e nt h et i m ef o r r o o f s u p p o r t i n gt oa n c h o r t h ec a b l e , a n dh a s g r e a t l yi m p r o v e dt h et u n n e l i n gs p e e d . K e y w o r d s l a r g es e c t i o n ; s e m i c o a l r o c k ; a n c h o r n e t s u p p o r t i n g ; r a p i dr o a d w a yf o r m a t i o n ; " f i v e s t e p "m e t h o d ; o n s i t em o n i t o r i n g 0 引言 大断面半煤岩锚网支护巷道综掘快速成巷技术 一直是煤矿掘进施工的难题。国内外学者对巷道顶 板控制技术和快速掘进技术进行了不间断的研究, 并取得了一定的成果[ 1 ]。但是, 针对大断面半煤岩 锚网巷道而言, 支护参数的优化技术直接影响着巷 道的快速成巷。王军等对大断面煤巷桁架锚索支护 预应力场进行了研究与实践, 分析了大断面煤巷条 件下预紧力、 孔口帮距、 布置角度、 桁架锚索长度对 支护预应力场的影响, 得出高预应力桁架锚索和常 规锚杆索联合控制技术能够有效控制巷道围压的稳 定; 文献[ 2 ] 研究了大埋深软岩高地应力岩巷支护 技术, 采用了底板注浆锚索支护技术 +高应力巷道 底板卸压 +柔性梯子梁 +“ 四高” 锚杆 +高强锚索 技术, 并在喷浆料中掺入聚丙烯增强增韧纤维, 使用 先喷后锚工艺, 取得了理想的支护效果; 文献[ 3 ] 对 大断面岩巷综掘快速成巷技术进行研究与应用, 优 化了劳动组织, 革新了施工工艺, 改进了掘进和支护 技术水平, 为类似煤矿大断面岩巷快速掘进提供了 成功经验和依据。鉴于此, 笔者在某煤矿丁一上部 集中运输巷采用锚杆支护信息动态设计“ 五步” 法, 优化了巷道的支护参数, 加快了成巷速度, 同时减少 了材料消耗, 具有积极广泛的推广意义。 052 2 0 2 0年第 8期郭俊凡 大断面锚网支护巷道综掘快速成巷技术研究 第 4 2卷 1 锚网支护动态信息设计“ 五步” 法 锚网支护动态信息设计“ 五步” 法如图 1所示。 图 1 锚网支护动态信息设计“ 五步” 法 F i g 1 " F i v e s t e p "me t h o df o rd y n a mi ci n f o r ma t i o n d e s i g no f a n c h o rn e t s u p p o r t 该设计方法具有 2大特点 动态性和信息 性[ 4 6 ]。 2 支护参数初始设计 2 . 1 煤矿工程概况 丁一上部集中运输巷按照方位角 9 8 自西向东 沿丁5 6煤层顶板施工, 施工坡度 + 2 , 井下位置标高 为 - 4 5 0~- 4 0 0m 。丁5 6煤层局部伪顶为0~ 0 . 3m 炭质泥岩, 直接底为砂质泥岩, 局部为细砂岩, 含丁4 煤( 局部有缺失现象) , 基本顶为细至粗粒砂岩。煤 层底板为泥岩, 遇水易膨胀; 基本底为砂质泥岩及条 带状细砂岩。 2 . 2 支护参数初始设计 丁一上部集中运输巷支护参数 ①设计巷道断 面净宽为 52 0 0m m , 净高为 33 0 0m m , 巷道断面面 积为 1 7 . 2m 2。帮锚杆采用高强锚杆, 直径为 2 0 m m , 长度为 24 0 0m m ; 顶锚杆采用让压锚杆, 直径 为2 0m m , 长度为2 4 0 0m m , 锚杆眼底使用2卷不同 型号树脂药卷( 1卷 Z 2 3 3 5和 1卷 C K 2 3 3 5树脂药 卷) 。②锚索选用 1 7 . 8m m 65 0 0m m的高强蜂 窝式钢绞线锚索, 锚索眼底使用 5卷不同型号树脂 药卷( 3卷 Z 2 3 3 5和 2卷 C K 2 3 3 5树脂药卷) 。③顶 板及两帮每排均布置梯子梁, 顶梁长 50 0 0m m , 上 帮梁长 33 0 0m m , 下帮梁长23 0 0m m 。④顶板每排 布置7根锚杆, 上帮布置5根锚杆, 下帮布置 4根锚 杆。⑤锚杆间排距 顶锚杆间排距为( 8 1 01 0 0 ) m m( 8 0 0 1 0 0 )m m , 帮锚杆间距为( 7 0 0 1 0 0 ) m m ( 8 0 0 1 0 0 )m m ; 锚索排距为 16 0 0m m , 间距 为 26 0 0m m , 按“ 2 2 ” 布置。⑥顶网使用长 56 0 0 m m 、 宽 11 0 0m m的金属网, 顶网两头各下垂不小于 3 0 0m m , 以便帮顶网搭接。上帮使用长 34 0 0m m 、 宽11 0 0m m的金属网, 下帮使用长24 0 0m m、 宽 11 0 0m m的金属网; 帮、 顶所用金属网全部为 4号 冷拔丝金属网, 网格 4 0m m 4 0m m 。 2 . 3 支护效果监测 丁一上部集中运输巷使用 L B YⅢ型机械式顶 板离层指示仪。1月份共布置 2个测站, 其围岩变 形情况见表 1 。 表 1 围岩变形情况 T a b 1 R e c o r do f s u r r o u n d i n gr o c kd e f o r ma t i o n 时间/ d 巷道表面位移量/ m m 两帮顶底 顶板离层量/ m m 深部浅部 10000 38012 61 5424 91 8435 1 22 0536 1 52 0536 1 82 0646 2 12 0646 2 42 0646 由表1可知, 2 4d 内两帮的移近量较大, 顶底的 移近量不大, 最大不超过 6m m , 顶板的离层量最大 也是 6m m ; 1 2d 后变形趋于稳定, 巷道总体收敛量 不大。这说明原设计的支护参数过于保守, 应适当 降低支护密度, 减少支护成本。 3 支护参数优化 3 . 1 巷道支护参数优化 通过对 1月份围岩变形情况的分析, 发现围岩 变形不大, 特别是顶板的变形较小, 运用锚杆支护信 息动态设计法, 并结合锚杆支护理论, 经矿设计部门 同意后将锚杆排距扩大至 9 0 0m m , 顶帮锚杆间距不 变, 锚索改为“ 2 1 2 ” 布置, 间排距 26 0 0m m 18 0 0 m m 。2月份安装掘进机后, 前 1 5d排距按 9 0 0m , 后 1 5d 排距放大至 1m , 当月进尺 2 4 0m 。优化后 152 2 0 2 0年第 8期 能 源 与 环 保第 4 2卷 巷道支护断面如图 2所示。 图 2 优化后巷道支护断面 F i g 2 O p t i mi z e ds e c t i o no f r o a d w a ys u p p o r t 3 . 2 支护参数优化后日常监测及数据分析 修改后的支护设计方案实施后, 还应继续进行 现场监测, 评价支护效果和巷道的安全程度, 对监测 数据进行分析, 进一步优化支护参数[ 7 1 1 ]。对于局 部特殊条件( 如断层、 破碎带、 陷落柱等) , 需采取特 殊的方法处理。2月份施工 2 4 0m , 共布置 4个测站 ( 分编号为测站 3 、 测站 4 、 测站 5和测站 6 ) , 其 2 4d 内围岩变形情况分别见表 2和图 3 。 表 2 围岩变形情况 T a b 2 R e c o r do f s u r r o u n d i n gr o c kd e f o r ma t i o n 时间/ d 巷道表面位移量/ m m 两帮顶底 顶板离层量/ m m 深部浅部 10000 37323 61 0543 91 4854 1 21 71 064 1 51 91 165 1 82 01 175 2 12 01 176 2 42 01 176 图 3 测站 3围岩变形随时间变化曲线 F i g 3 C u r v eo f d e f o r ma t i o no f s u r r o u n d i n g r o c ko f s t a t i o n3o v e rt i me 通过对 2月份所施工巷道的“ 十字” 位移及顶 板离层仪的观测, 巷道施工后 9d内顶底板最大移 近量为 1 0m m , 两帮最大移近量为 2 6m m , 顶板的 深、 浅离层量都未超过 8m m ; 巷道施工 2 4d内顶底 板最大移近量为 1 4m m , 两帮最大移近量为 3 8m m , 顶板的深、 浅离层量都未超过 1 0m m , 顶板的变形始 终不大, 处于安全可控范围。说明优化后的巷道支 护参数合理, 能保证巷道掘进期间的安全稳定, 同时 因扩大了排距, 降低了顶板锚索的支护密度, 一循环 进尺量由原来的 1 . 6m增加到了 2 . 0m , 并且缩短 了顶板支护打锚索的时间, 不仅节省了材料费用, 而 且极大地提高了巷道的掘进速度。 4 结论 在丁一上部集中运输巷, 通过采用锚网索支护 动态信息设计“ 五步” 法优化了巷道的支护参数 ( 即 确定采用 10 0 0m m锚杆排距和“ 2 1 2 ” 的锚索 布置方式进行支护) , 增加了锚杆排距, 降低了锚 杆、 锚索的支护密度, 从而缩短了永久支护所占用的 时间, 提高了掘进速度, 为大断面半煤岩锚网支护巷 道的快速成巷奠定了基础, 并总结归纳了丁组煤层 顶板的锚杆支护巷道支护参数优化规范。 参考文献( R e f e r e n c e s ) [ 1 ] 王军, 卫文彬, 李世俊. 大断面煤巷桁架锚索支护预应力场研 究与实践[ J ] . 煤矿安全, 2 0 1 5 , 4 6 ( 1 0 ) 1 6 7 1 7 0 . Wa n g J u n , We i We n b i n , L i S h i j u n . S t u d ya n dp r a c t i c eo ns u p p o r t i n gp r e s t r e s s f i e l do f t r u s sa n da n c h o r r o p ei nl a r g es e c t i o nc o a l r o a d w a y [ J ] . S a f e t y i nC o a l M i n e s , 2 0 1 5 , 4 6 ( 1 0 ) 1 6 7 1 7 0 . [ 2 ] 魏垂胜. 大埋深软岩高地应力岩巷支护技术研究[ J ] . 能源与 环保, 2 0 1 8 , 4 0 ( 2 ) 1 7 9 1 8 4 . We i C h u i s h e n g . S t u d yo ns u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fh i g h s t r e s s e d r o c kr o a d w a yi nl a r g eb u r i e dd e e ps o f t r o c k [ J ] . C h i n a E n e r g y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , 2 0 1 8 , 4 0 ( 2 ) 1 7 9 1 8 4 . [ 3 ] 孙米银. 大断面岩巷综掘快速成巷技术研究与应用[ J ] . 煤炭 工程, 2 0 1 4 , 4 6 ( 3 ) 3 9 4 1 . S u nM i y i n . R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f q u i c kt u n n e l i n g t e c h n o l o g y f o r c o m p r e h e n s i v ee x c a v a t i o no f l a r g ec r o s ss e c t i o nr o c kr o a d w a y [ J ] . 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J o u r n a lo fM i n i n g& S a f e t yE n g i n e e r i n g , 2 0 1 2 , 2 9 ( 6 ) 7 7 0 7 7 5 . [ 1 5 ] 赵维生, 梁维, 金志远, 等. 遗留煤柱下伏近距煤层巷道布置及 围岩稳定性[ J ] . 煤矿安全, 2 0 1 7 , 4 8 ( 7 ) 4 0 4 3 , 4 8 . Z h a o We i s h e n g , L i a n gWe i , J i nZ h i y u a n , e t a l . L a n e w a ya r r a n g e m e n t a n ds u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t y i nc l o s e s e a mu n d e r r e m a i n i n g c o a l p i l l a r [ J ] . S a f e t y i nC o a l M i n e s , 2 0 1 7 , 4 8 ( 7 ) 4 0 4 3 , 4 8 . [ 1 6 ] 王猛. 沿空掘巷煤柱合理宽度的选取[ J ] . 江西建材, 2 0 1 9 ( 7 ) 1 1 4 , 1 1 6 . Wa n g M e n g . S e l e c t i o no f r e a s o n a b l e w i d t ho f c o a l p i l l a r i nr o a d w a y d r i v i n g a l o n gg o a f [ J ] . J i a n g x i B u i l d i n gM a t e r i a l s , 2 0 1 9 ( 7 ) 1 1 4 , 1 1 6 . [ 1 7 ] 庄启恒, 段西凯. 薄煤层小煤柱沿空掘巷支护技术[ J ] . 中州煤 炭, 2 0 1 1 ( 1 0 ) 6 3 6 5 . Z h u a n gQ i h e n g , D u a nX i k a i . 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