工作面巷道支护机理的研究及应用.pdf

197 科学管理 2020年第7期 随着采煤技术和综采设备自动化水平的不断提 升，对工作面巷道支护技术及质量提出了更高的要求 和挑战。尤其在地质条件复杂化、巷道埋深增加、开 采深度及强度不断增加等复杂的形势下提升了巷道支 护的难度。经研究表明，我国综采工作面巷道支护经 历了木支护、砌碹支护、锚杆支护等过程。与其他支 护方式相比，锚杆支护由于其支护效果佳、支护成本 低、作业人员劳动强度低等优势目前被广泛应用于综 采工作面巷道的支护中，成为巷道支护的首选方式。 本文以一矿为某巷道作为研究对象进行分析。 1 工作面概述 该矿西部下组煤回风巷所掘 8 号煤层节理发育， 结构复杂；8 号煤上分层厚度 0.55～1.0 m，平均0.60 m；煤层上部夹石为 0.10～4.3 m，平均 2.5 m 左右页 岩。下分层煤层厚度 2.40～3.50 m，平均 2.95 m，下部 夹 0.2 m 左右的页岩或炭质页岩，厚度变化不大，属 单一稳定的中厚煤层。根据西部下组煤胶轮车巷瓦斯 涌出量资料预测该工作面掘进期间瓦斯绝对涌出量为 2 m3/min。工作面所属采区及开采煤层无瓦斯动力现 象，无煤与瓦斯突出现象。工作面所采煤层 经 鉴 定 属 于 有煤 尘 爆 炸 性 ，爆 炸 性 指 数 为15.38，自 燃倾向性为Ⅱ级，属自燃煤层。地温为8～9 ℃。工作 面局部压力较大。 通过对该巷道的矿压进行监测得出该巷道垂直 方向的应力平均值为 12.72 MPa，水平方向的应力平均 值为 6.23 MPa。 2 支护技术研究 2.1 支护分析 结合该矿西部下组煤回风巷的地质、水文以及煤 层特征，基于 FLAC3D 软件搭建该巷道内的仿真模 型，并对其应力分布和位移变化规律进行仿真分析， 进而确定该巷道支护方案。 该巷道煤柱内围岩应力分布仿真结果显示，煤柱 内围岩应力在垂直方向最大值为 72 MPa，远大于围岩 应力值 12.72 MPa；煤柱内围岩应力在水平方向最大值 为 10.88 MPa，远大于围岩应力值 6.23 MPa。经数值模 拟分析可知，该巷道围岩在垂直方向为应力增高区。 因此，该巷道需采用锚杆 锚索的支护方案才能起到 支护效果，才能够控制巷道围岩的应力，避免由于应 力集中造成对巷道的破坏。 2.2 支护原则 经对锚杆支护应力曲线和巷道围岩响应曲线分析 后，若想锚杆支护达到最佳支护效果应采用高预应 力、强力支护的策略。具体从以下几个方面着手强化 锚杆支护的效果和质量 1）确保巷道围岩的整体性，将不连续变形控制到 最小； 2）根据工作面实际情况确定锚杆支护的最佳预应 力，并采用钢带、金属网等护件将支护预应力的效果 发挥到最佳； 3）根据工作面实际情况确定锚杆支护系统的临界 支护刚度，要求锚杆支护刚度大于或等于临界支护刚 度，进而使巷道围岩变形得到有效控制。 3 锚杆支护的应用 3.1 工作面条件的分析 工作面上覆石灰岩含水层局部富含裂隙水，施工 中会有淋水出现，局部淋水较大，对掘进有一定影 响，在工作面要配备排水能力不小于 30 m3/h 的排水设 备，加强排水。 工作面伪顶为页岩，破碎易冒落；直接顶石灰岩 局部地段裂隙发育；8 号煤上夹石最厚处 4.3 m 纵向节 理特别发育，在掘进施工中（特别是遇断层、陷落柱 等地质构造时），要采取相应的安全措施，加强煤帮 及顶板管理，确保施工安全。 3.2 巷道支护工艺设计 通过对巷道支护参数（锚杆长度、锚杆直径、顶 锚杆间距、顶锚杆排距、帮锚杆间距、帮锚杆排距） 的计算，设计如下支护工艺。巷道为矩形断面，顶部 采用锚杆、钢筋网（规格 2 400 mm1 600 mm）、长 4.6 mW 型四眼钢带、锚索联合支护，顶锚杆矩形布 置，间排距 1 400 mm1 500 mm。护帮采用锚杆、钢 筋网（规格 1 100 mm3 700 mm）联合支护，帮锚杆 矩形四排布置，间排距 1 000 mm1 000 mm，上排距 顶300 mm。锚索采用 椎17.8 mm5 400 mm 的预应力 钢绞线，单排间距 3 m，线形布置，垂直顶板打设在两 排锚杆中间。初喷距工作面不超过 12 m，复喷距工作 面最大距离不超过 100 m。 3.3 支护效果分析 将所设计的支护工艺应用于实际生产中，并对应 用后的矿压和锚杆锚索受力情况进行检测。工作面各 点锚杆的受力情况如图 1所示。 如图 1所示，1 号、4 号锚杆为对巷道两帮支护的 锚杆，2 号、3 号锚杆为对巷道顶部支护采用的锚杆， 5 号锚索应用于顶板支护中。分析图 3 可知，在支护 前期锚杆和锚索的受力相对稳定，随着距离监测点的 位置越来越近，锚杆和锚索的受力上浮，并有一定的 波动，存在突变现象。但是，锚杆和锚索全部处于拉 断载荷范围之内。 工作面巷道支护机理的研究及应用 王伟 阳煤一矿 山西 阳泉 045000 摘要工作面巷道支护的与煤矿安全高效生产息息相关。针对阳煤一矿某巷道支护存在的问题进行研究。分析巷道支 护机理、形式。提出相应的改进措施。 关键词煤矿 巷道 支护 锚杆 应用 科学管理 198 2020年第7期 图1 工作面锚杆受力情况 4 结束语 锚杆支护作为目前支护效果最佳、应用最广泛的 巷道支护形式之一。在实际生产中应根据工作面实际 情况确定锚杆支护的预应力，以达到高预应力、强力 支护的目的。 参考文献 [1] 柏建彪， 王襄禹， 贾明魁， 等 . 深部软岩巷道支护原 理及应用 [J]. 岩土工程学报， 2008， 30（5） 632-635. [2] 康红普， 王金华， 林健 . 煤矿巷道支护技术的研究与 应用 [J]. 煤炭学报， 2010（11） 44-49. [3] 潘一山， 肖永惠， 李忠华， 等 . 冲击地压矿井巷道支 护理论研究及应用 [J]. 煤炭学报， 2014， 39（2） 222-228. [4] 伍国军， 陈卫忠， 杨建平， 等 . 基于软弱夹层损伤破 坏模型的软岩巷道支护优化研究 [J]. 岩石力学与工程学报， 2011（2） 4 129-4 135. [5] 周开 . 深部工程软岩巷道 “双壳” 支护理论与技术 [J]. 煤矿安全， 2016， 47（6） 78-81 作者简介 王伟 （1985.1-） ， 男， 山西和顺人， 本科， 毕业于中国矿业 大学， 采煤助理工程师， 从事煤矿开采技术研究工作。 求，存在粘度低、变质等问题，要及时更换高质量的 润滑油；二是轴瓦间的配合间隙设置不合理，应当在 查明原因后，使轴瓦间隙调整到合适的大小；三是泵 超负载运行，要合理控制乳化液泵的负载。 2.7 泵内运转机构碰撞 首先要依靠听力去判断泵内碰撞声音的来源，若 是部分运动中的泵机零部件出现松动，则其声音的频 率有一定的规律，此时要重新紧固相应的机件；若声 音是高频噪声且来自齿轮箱，那么有可能是齿轮或者 齿轮轴发生故障，要仔细排查。 3 乳化液泵站的日常维护 首先，乳化液泵站的运维人员要做好日常巡检， 重要查看泵站设备的运行状态，检查是否存在连接松 动、油污、卸荷阀压力、乳化液箱油位异常等问题， 并通过听、看、摸等人工方式，判断泵体是否存在异 常的温度、振动等。其次要对泵站进行周检，主要是 测试泵站系统中的各类阀门以及保护部件的是否具备 良好的性能，还要认真核对系列传动装置的是否紧固 连接，分析其磨损的程度，进而合理制定泵体维修计 划；最后，泵站的日常维护还要求每月开展开展蓄能 器的检查，并以半月一次的频率，对乳化液中存在的 浮游物质进行清除。 4 结束语 综上所述，在煤矿综采技术应用中，对于乳化液 泵站高效安全运行有较高要求，要在掌握乳化液泵站 的工作流程的基础上，对泵站常见故障及防控措施有 较好的认知，有效预防各类泵站事故的发生，并提高 泵站故障处理效率，保障煤矿开采安全。 参考文献 [1] 刘华亮 . 煤矿智能型乳化液泵站的维护与检查 [J]. 硅谷， 2011（21） 113-114. [2] 荆芹 . 液压支架和乳化液泵站及喷雾泵等煤矿机械 设备的维修 [J]. 科技与企业， 2011（9） 142. [3] 朱晓慧 . 煤矿乳化液泵站常见故障及维修方法 [J]. 中国新技术新产品， 2011（14） 104. 作者简介 孙飞， 男 ， 19890102 ； 大专 ； 山西省晋中市寿阳县 ； 山西 煤炭职工联合大学， 机电助理工程师。 （上接第195页） （上接第204页） 在煤矿机电设备的采购安装过程中，有关采购人 员必须要严格审核机电设备的质量、可靠性，在煤矿 企业内部形成机电管理与机电设备采购管理相结合的 制度，保障在煤矿开采作业中，所选用的机电设备符 合煤矿企业安全、高效生产的要求，保障机电设备的 型号、运行参数等达到使用的条件。在机电设备投入 使用之前，要首先对设备操作人员进行培训，使操作 人员掌握机电设备的操作与使用要点、注意事项，避 免在后期的设备使用中存在不规范的操作行为，最大 程度上避免人为操作失误所造成的安全事故。 3 结束语 近年来，随着自动化、智能化技术在煤矿生产领 域的应用，再加上国家对煤矿企业转型发展的要求，各 个煤矿企业在此过程中要逐步走智能矿山建设的道路， 积极应用智能机电设备，加强机电技术管理创新，实现 煤矿企业的转型发展，走新型煤矿发展道路。 参考文献 [1] 张成全 . 基于智能矿山的机电技术管理创新 [J]. 世 界有色金属， 2019（24） 186-187. [2] 唐国栋， 刘夫天 . 基于智能矿山的煤矿机电技术管 理探讨 [J]. 中国石油和化工标准与质量， 2019， 39（23） 86- 87. [3] 刘建刚， 韩龙 . 煤矿现代化机电技术管理创新 [J]. 水 力采煤与管道运输， 2018， 145（02） 75-77. 作者简介 郭敏 （1989-） ， 男， 高级技师 （煤矿电气安装工） ， 本科学 历， 研究方向 智能矿山， 绿色开采等。