草垛沟煤矿顺槽巷道掘进技术的研究应用.pdf

752020 年第 6 期 草垛沟煤矿顺槽巷道掘进技术的研究应用 郑智儒 （山西煤炭进出口集团左云草垛沟煤业有限公司，山西 大同 037001） 摘 要 为使 8203 回风顺槽巷道形成系统，保证工程安全顺利进行，基于组合梁理论，进行了回风顺槽巷道的爆破施工 技术以及支护方式研究，采用钻爆法、楔形掏槽法施工、锚杆支护，顶板、底板下沉最大变形值为 121mm、114mm，回 风巷道稳定性控制在安全范围内。 关键词 采矿 回风巷道系统 爆破 安全 中图分类号 TD263.3 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.027 Research and Application of Tunneling Technology in Caoduogou Coal Mine Zheng Zhi-ru Shanxi Coal Import and Export Group Zuoyun Caoduogou Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Datong 037001 Abstract In order to a system of 8203 return air tunnel and ensure the safety and smooth progress of the project, based on the theory of composite beam, the blasting construction technology and support mode of the return air tunnel are studied. The drilling blasting , wedge cutting and bolt support are adopted. The maximum deation value of the roof and floor subsidence is 121mm and 114mm, and the stability of the return air tunnel is controlled within the safe range. Key words mining return air roadway system blasting safety 收稿日期 2020-01-04 作者简介 郑智儒（1987-），男，汉族，山西大同人，2013 年 6 月毕业于中国矿业大学（北京），采矿工程专业，助理工程师， 现在山煤集团左云草垛沟煤业有限公司， 从事煤矿安全管理工作。 1 工程概况 左云草垛沟煤矿位于大同煤田西北部，东离 山西大同市约 34km，西离左云县城约 24km。为 了使 8203 回风顺槽巷道形成系统，准备绕道从东 翼回风巷开口，AB 段长 21.729m，方位 40，坡 度 -7 16′ 39″，到位后开始按照 250方位反掘 8203 回风顺槽。8203 回风顺槽 BC 段长 16.671m， 坡度为 -7 16′ 39″；CD 段长 5.321m，水平掘 进；DE 段长 4.435m，沿顶板水平掘进，底板按 照 -8下山掘进，巷道高度由 2.4m 增加至 3.0m； EF 段长 9.799m，水平掘进与 8-2煤层集中运输 巷贯通。巷道断面为矩形，断面规格宽 高 40002400mm，该巷道主要用于 8-2煤层 8203 工作面回采时的原煤运输及进风巷，服务年限设计 达到 12 个月以上。 2 回风顺槽系统巷道掘出技术 采用钻爆法施工，YT28 型气腿式风动凿岩机 打眼，全断面一次爆破，循环进尺为 1.8m。 巷道初始掏槽采用楔形方案，周边眼布置位置 与设计方案中轮廓线之间约为 160250mm。炸药选 用 2煤矿许用乳化炸药，采用毫秒延时起爆网路， 应用MFB－200型隔爆电容式起爆装置进行爆破。 炮孔为连续性装药结构，爆破网络采用串并联，全 断面一次起爆，装药过程中保证炸药贴近炮孔底端， 使用设计的雷管段别，水孔时采用防水套保护措施， 避免炸药由于水作用导致潮湿进而出现拒爆现象。 炮孔布置如图 1 所示。 巷道爆破设计总的炸药量 QqSLn （1） 式中 q- 单 位 炸 药 消 耗 量，q1.2kg/m3（ 煤）， q2.0kg/m3（岩），半煤岩取 1.8kg/m 3； S- 巷道断面积，取 10.08m2； L- 炮孔深度，取 2.0m； 762020 年第 6 期 n- 炮孔利用率，0.80.9，取 0.9。 每茬进度炮孔数目计算 NqSmn/xp （2） 式中 N- 炮孔个数； m- 选用药卷长度，0.2m； S- 巷道断面积，10.08 m2； n- 炮孔利用率 0.80.9，取 0.9； x- 炮孔装药系数 0.50.7，取 0.5； p- 每个药卷重量，0.2kg。 则Q1.810.082.00.932.66kg（半煤岩） N1.810.080.90.2/（0.50.2）32.66（半 煤岩） 实际炮孔数量取 34 个（半煤岩），实际总装 药量 33.2kg（半煤岩）。 图 1 炮孔布置 3 巷道支护方式 在巷道掘进过程中，为了保证其安全稳定性， 提出了以下支护方式 （1）锚杆参数确定 组合梁理论 [1-4] 被广泛应用于巷道锚杆参数的 设计。 ① 锚杆长度计算 L L1L2L3 （3） 式中 L- 锚杆长度，m； L1- 锚杆在回风巷的超出长度，经验值取 0.1m； L2- 锚杆设计有效受力长度，m； L3- 被锚固的锚杆长度，按经验值取 0.6m。 L2 ≥ 0.5B（K1q/δT）1/2 （4） 式中 L2- 锚杆有效受力长度，m； K1- 抗拉安全系数，设计为 8； q- 梁结构分布的载荷，取 2.5kN/m2； B- 回风巷道设计宽度值，设计为 4.2m； δT- 岩石抗拉强度，取 50MPa。 则L2≥ 0.5B（K1q/δT）1/2 ≥ 0.54.2（82.5/50）1/2≥ 0.949m LL1 L2 L3 0.10.9490.61.649m （5） ② 考虑将锚杆间距与排距设置为相等，则 a ≤ 0.0458DL2T/K2qB1/2 （6） 式中 a- 锚杆间排距，m； D- 锚杆杆体直径，mm； L2- 锚杆有效受力长度，m； T- 杆体材料抗剪强度，取 120MPa； K2- 顶板抗剪安全系数，36 ，取 6； B- 巷道开拓宽度，取 4.2m； q-组合梁结构承受载荷， 设置为2.5kN/m2。 则 a ≤ 0.0458DL2 T/K2qB1/2 ≤0 . 0 4 5 8 1 8 { 1 . 1 0 7 1 2 0 / （62.54.2}1/2≤ 1.197m ③ 锚杆锚固长度计算 L0LD12/（D2-D22） 600232/（282-182）690mm （7） 式中 L- 锚固剂长度，为 600mm； D- 钻孔直径，为 28mm； D1- 树脂锚固剂直径，为 23mm； D2- 锚杆内径，为 18mm。 通过以上计算，按照非金属矿巷道锚杆支护方 法理论中规定 [5-7]，应该将螺纹钢树脂锚杆的钻孔直 径以及锚杆、树脂锚固剂直径进行耦合配置，其中 设计的钻孔直径与锚杆杆体直径、树脂锚固剂直径 相差不能超过 610mm、48mm 的合理区间。现采 用钻孔直径为 28mm，树脂锚固剂直径为 23mm， 锚杆内径为 18mm，符合“三径”匹配要求。回风 巷道顶部锚杆采用的是 Φ182000mm 左旋无纵 筋螺纹钢锚杆，而托盘考虑选用 15015010mm 铁材质，间距、排距设定为 950 mm 和 1000mm， 同时一排设置为 5 根，MSK2360 树脂锚固剂应 用与锚杆一一对应，锚固力≥ 60kN，预紧力距 ≥ 100Nm。锚索采用 Φ15.244300mm 钢绞线， 托 盘 使 用 30030010mm 钢 材 质 板， 排 距 为 3000mm，每排 1 根，每根锚索使用两支 MSK2360 772020 年第 6 期 树脂锚固剂，锚固力≥ 150kN。巷道顶部采用金 属网防护并用直径 6mm 的钢筋焊牢，网格设计为 100100mm，长 宽 11002100mm，网与网间 搭接 100mm，用 16 号铅丝扭结，扭结 3 圈，间隔 100mm 扭结一匝。 以“敲帮问顶”为经验方法，及时利用超过 2m 长度的长柄设备找尽浮煤、悬矸，打眼作业时 设专人观察顶板。工作面进行临时支护设计时，前 探梁经常被视为优选方法，前探梁以三根 12槽钢 为基础，长度大约为 4.0m，每根前探梁使用 2 个长 方形吊环（使用 Φ30mm 的圆钢加工而成，规格宽 400mm，高 200mm）与工作面顶锚杆固定。每次放 完炮后，前探梁必须及时由外向里将前探梁一次性 推移至距工作面迎头≤ 300mm，用 8 根刹顶木（长 宽 厚 240015050mm）将前探梁背紧， 在前探梁掩护下方可进行作业。如遇顶板破碎或遇 构造等特殊情况下，必须增加前探梁数量，由原数 量再增加一根。支护设计如图 2 所示。 （a）支护平面图 （b）支护剖面图 图 2 支护设计图 （2）效果分析 选用上述设计的支护方式，通过对巷道的监 测，发现 8203 回风顺槽巷道的顶板、底板下沉最 大变形值为 121mm、114mm，巷道的两帮壁变形值 为 106mm，整体上回风巷道稳定性控制在安全范围 内。从巷道顶板离层角度分析锚杆的受力情况，发 现了回风顺槽巷道的顶板扰动离层数值变化可忽略 不计。通过测力计判别锚杆的受力在安全值内，因 此表明了巷道顶板较为稳定，说明设计的锚杆支护 方式较为可靠，巷道支护设计比较合理。 4 结 语 （1）通过对 8203 回风顺槽巷道背景的分析， 采用了契形掏槽法，确定了炮眼数量 34 个，实际 总装药量 33.2kg，提高了工作效率，降低了爆破振 动效应。 （2）巷道维护采用了永久支护和临时支护 方式，计算出最佳的合理锚杆长度、间距分别为 1.649m、1.197m，后期巷道监测中，顶板、底板最 大位移量为 121mm、114mm，巷道变形控制较好。 （3）为了保证巷道在掘进过程中稳定性，制 定了安全措施，确保了安全生产。 【参考文献】 ［1］ 武小冬 . 晟聚煤业锚杆锚索联合支护技术的应用 [J]. 陕西煤炭，2019，38（06）159-162194. ［2］ Piotr Micek,Dariusz Grzybek. 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