交叉索棚支护装置在巷道掘进中的应用.pdf

121505 巷道概况 大同煤矿集团虎龙沟煤业公司 21505 巷位于井 田东盘区， 工作面东部为实煤区， 南部与盘区东轨道 大巷相接， 西部邻近 81503 工作面采空区， 北部邻近 塔山煤矿二盘区。 21505 巷主要担负着 81505 工作面回采期间进 风及煤炭运输任务， 巷道设计长度为 1 471 m， 宽度 为 4.2 m， 高度为 3.6 m， 巷道掘进煤层为石炭系 3 号 -5 号煤层， 平均厚度为 12.73 m， 煤层直接顶主要为 高岭质泥岩， 平均厚度 1.9 m， 基本顶主要以粗砂岩 为主， 平均厚度为 17 m， 施工巷道沿 3 号 -5 号煤层 底板平行掘进， 预留顶煤。 21505 巷采用综合机械化掘进施工工艺，巷道 掘进至 680 m 处预计揭露一条 F3 正断层， 断层落差 为 1.7 m， 倾角为 50。受断层应力影响， 巷道掘进 在 660700 m 范围内巷道顶煤预留难度大，出现局 部破碎甚至冒漏现象， 传统锚杆、 锚索支护在破碎煤 顶中支护效果差， 无法对顶板进行加固维护。 针对这 一技术难题， 机掘一队通过技术研究， 决定采用交叉 索棚支护装置对断层带处破碎顶板进行维护[1]。 2破碎顶板原支护设计及问题分析 21505 巷在过断层期间初步支护设计中顶板采 用锚杆、 钢带及密集锚索吊棚的方式进行支护。 1） 顶板锚杆 该工作面支护采用直径、 长度分别 为 22 mm 与 2.5 m 的左旋螺纹钢锚杆，施工人员在 每排施工 5 根锚杆， 锚杆间距为 0.9 m， 相邻两排间 距为 1.0 m， 每根锚杆要配套两支锚固剂进行锚固[2]。 2） 顶板钢带采用 “W” 型高强度材质， 钢带的长 度与宽度分别为 3 m0.3 m，每根钢带上施工 5 个 锚杆孔， 相邻两排间距为 0.8 m。 1） 锚索吊棚由一根工字钢梁与三根钢绞线组 成， 工字钢梁的长度为 4.0 m， 钢绞线为 5.0 m， 同时 在工字钢梁上施工三个圆孔，圆孔的直径与间距分 别为 30 mm1.8 m。 2） 锚索吊棚垂直安装于巷道顶部， 施工人员从 距离工作面 300 m 处开始安装锚索吊棚，相邻两排 吊棚间距为 1.0 m， 使用锚索、 锁具将锚索吊棚与破 碎顶板紧固， 如果锚索吊棚与顶板不接触时， 可以采 用木板、 水泥背板垫实[3]。 由于 2222 工作面巷道顶板破碎严重， 从距离工 作面 300 m 开始， 顶板破碎区域长度为 100 m。如果 使用锚索吊棚对顶板进行支护，则需安装锚索吊棚 70 架， 按照每个锚索吊棚成本 600 元算， 共需 4.2 万 元， 每架锚索吊棚的长度质量为 19 kg/m， 每安装一 架锚索吊棚需要 6 个人同时作业， 根据安装工期， 每 天只能安装 5 架， 这就造成人员数量多， 而且安装速 度慢。 锚索吊棚起吊需使用 6 m 的锚索，而 2222 工 作面巷道顶板的厚度为 4 m 且顶板有破碎， 顶板煤 壁不能对锚索产生有效的拉力， 再加上由于采动影 响造成顶板岩石稳定性差， 锚索吊棚会加剧顶板向 深部破碎[4]。 锚索吊棚采用线性支护， 支护断面比较小、 柔性 较低， 当巷道顶板压力增大时， 锚索吊棚对顶板不仅 起不到柔性支护， 还会直接对顶板产生刚性切顶。 通 过对 2222 工作面的观察， 由于受锚索吊棚刚性切顶 影响， 两架钢棚间的顶板出现破碎严重、 顶板下沉的 情况。 交叉索棚支护装置在巷道掘进中的应用 田晓强 （大同煤矿集团虎龙沟煤业公司， 山西朔州036000） 摘要 针对 21505 巷在掘进期间巷道过断层应力区时顶板出现破碎现象， 分析了破碎顶板原支护设计存在 的问题， 通过采用交叉索棚支护装置进行维护， 弥补了传统锚网索支护的不足， 有效将顶板及巷道两侧的变形 量控制在可控范围内， 应用成效显著。 关键词 掘进巷道断层破碎顶板支护装置应用分析 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0119-02 收稿日期 2020-03-15 作者简介 田晓强 （1988） ， 男， 本科， 毕业于山西大同大学煤 炭工程学院， 助理工程师， 从事掘进管理工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.051 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 实践与应用 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 3交叉组合索棚支护装置的设计 技术人员通过对传统锚索吊棚工作原理及使用 成本分析，采用新型交叉组合索棚支护装置对工作 面巷道顶板进行支护。 1） 交叉索棚支护装置主要是由 2 根 “JW” 型钢 梁、 2 根槽钢横梁、 4 根槽钢棚腿及 5 根锚索组成， 槽 钢横梁的长为 4.0 m， 槽钢棚腿的长为 3.6 m， 锚索的 长为 8 m，“JW” 型钢梁的长为 5 m， 宽为 0.28 m， 厚 为 0.05 m， 同时在钢梁上施工三个锚索孔， 如图 1 所 示，每架交叉索棚支护装置能够对 3.0 m 范围内的 顶板进行支护[5]。 2） 施工人员首先要在巷道顶板破碎区域安装一 根 “JW” 型钢梁， 钢梁与巷帮的夹角要控制在 55， 使用 2 根锚索及锁具将 JW”型钢梁与顶板进行紧 固， 在第一根钢梁安装完毕后才能安装第二根刚梁， 且两根钢梁需交叉安装，交叉点可以使用锚索穿插 后与顶板进行固定。 3） 待钢梁安装完毕后， 在钢梁下面安装两架槽 钢棚， 槽钢棚顶梁要与巷道保持垂直， 第一架槽钢棚 需安装在钢梁交叉点 1 m 处，同时相邻两架槽钢棚 的距离要控制在 2.0 m。 4） 相邻两个交叉索棚的距离为 1.0 m， 按照破碎 区域计算，需安装 15 架交叉索棚对顶板进行支护， 为了增加支护的可靠性，还需施工人员在相邻槽钢 棚棚腿间安装两套圆钢托架，圆钢托架的直径与长 度分别为 20 mm2.0 m。 5） 当破碎区域的所有交叉索棚安装完毕后， 需 定期对交叉索棚进行检查， 发现顶板继续下沉， 槽钢 棚不接顶时要及时采用工字钢与顶板垫实。 4结语 龙虎沟矿 21505 巷使用新型交叉组合索棚支护 装置后， 顶板在破碎、 下沉以及人员劳动强度方面取 得了很好的效果。 1） 与传统支护工艺采用的工字钢相比， 新型支 护方式采用的钢梁重量为原来的一半，这样能够大 大降低工作人员的劳动强度和人员数量。 2） 按照破碎区域计算， 需安装 15 架交叉索棚对 顶板进行支护，按照每个交叉组合索棚成本 500 元 算， 共需 7.5 万元， 大大降低了支护的成本。 3） 新型交叉组合索棚支护方式还具有支护长度 长、 柔性强的特点， 利用钢梁交叉式布置与槽钢棚搭 配， 对顶板破碎严重的区域具有很好的支护效果。 4） 槽钢棚能够有效缓解顶板垂直应力与两帮压 力， 有效防止了巷道变形， 不仅对顶板能够起到柔性 支护， 还不会直接对顶板产生刚性切顶。 5） 21505 巷在长度为 40 m 破碎区域使用新型 支护装置后，后期一直没有出现顶板破碎下沉情 况， 有效地将顶板及巷道两侧的变形量控制在可控 范围内。 参考文献 [1]马杰.大断面巷道软岩破碎顶板支护技术研究[J].河南科技， 2019 （23） 76-78. [2]王金强.掘进巷道破碎带顶板支护的实践[J].山东煤炭科技， 2019 （3） 3-5. [3]李毅.掘进巷道断层破碎带顶板支护工艺研究[J].江西煤炭科 技， 2019 （1） 38-41. [4]郭彦军.井下采掘工作面顶板支护管理研究[J].内蒙古煤炭经 济， 2017 （8） 93-94. [5]张校春.巷道破碎顶板支护技术方法与优化[J].河南科技， 2015 （8） 74-75. （编辑 王瑾） 图 121505 巷破碎顶板交叉索棚支护装置支护示意图 （单位 mm） Application of Cross Cable-Shed Support Device in Roadway Tunneling Tian Xiaoqiang （Hulonggou Coal Company, Shuozhou Shanxi 036000） Abstract In view of the broken roof of 21505 roadway in the stress zone of roadway passing through the fault, this paper analyzes the problems existing in the original support design of the broken roof. By using the cross cable shed support device to maintain, it makes up for the deficiency of the traditional bolting and mesh cable support. Key words tunneling roadway; fault; broken roof; supporting device; application analysis 900900900900 吊棚锚索 L8 000 mm椎21.6 mm 左旋无纵筋螺纹锚杆 间距伊排距 9001 000 mm “JW” 型钢梁 槽钢棚 4 200 4 000 “JW” 型钢梁 槽钢棚 圆钢托架拉杆 吊棚锚索 120