昊锦塬煤矿东翼辅运大巷支护参数优化.pdf

收稿日期２０２０􀆽 ０３􀆽 ０２ 作者简介白 喆１９８４ － ꎬ男ꎬ山西霍州人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿生产技术工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０６. ０１３ 昊锦塬煤矿东翼辅运大巷支护参数优化 白 喆 山西煤炭运销集团 蒲县昊锦塬煤业有限公司ꎬ山西 临汾 ０４１２００ 摘 要昊锦塬煤矿东翼辅运大巷顶板结构复杂ꎬ当顶板为 Ｋ２石灰岩时ꎬ顶板完整性较好ꎬ巷道支护效果 较好ꎬ当顶板为泥岩时ꎬ巷道整体稳定性差ꎮ 为此ꎬ针对岩性软弱地段ꎬ对原支护参数进行了优化ꎮ 现场试 验结果表明ꎬ优化后的巷道围岩塑性区范围比原方案减少了 ３０％ꎬ巷道单日顶板下沉量不超过 ２ ｍｍꎬ两帮 移进量单日增加量不超过 １ ｍｍꎬ最终顶板最大下沉量在 ２３ ｍｍ 左右趋于稳定ꎬ两帮移进量在 １１ ｍｍ 左右 趋于稳定ꎬ支护效果显著ꎮ 关键词辅运大巷ꎻ支护参数ꎻ优化 中图分类号ＴＤ５２８ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００６􀆽 ００３９􀆽 ０２ 随着浅部煤炭资源的不断开采殆尽ꎬ多数矿井 现已进入深部开采阶段[１ －２]ꎮ 随着开采深度的不断 增加ꎬ影响开采的灾害因素也日益增多ꎬ较浅部开采 而言ꎬ深部开采产生的冲击地压、矿压显现剧烈、巷 道大变形等灾害严重制约着煤矿安全生产ꎮ 对此ꎬ 大量学者进行了相关研究何满朝等[３ －５]针对深部 开采与浅部开采的不同区别ꎬ建立了深部开采的概 念体系及评价指标ꎬ提出深部开采的非线性力学理 论ꎻ姜耀东等[６]结合我国冲击地压力学机理ꎬ建立 了三种力学模型ꎬ提出了冲击地压的治理需注意采 动应力及其时空演化规律的共同影响因素ꎻ张勇 等[７]基于理论分析、数值模拟方法ꎬ分析得出深部 开采巷道大变形的原因是由于复杂的高应力场相互 叠加所产生的ꎻ孙晓明等[８]通过力学分析ꎬ得出深 部开采巷道在变形过程中积聚了大量的弹性变形 能ꎬ提出了多种支护形式的耦合支护体系并现场应 用ꎬ取得了良好的效果ꎮ 昊锦塬煤矿东翼辅运大巷沿 ９ 号煤层顶板布 置ꎬ巷道平均埋深 ４００ ｍ 左右ꎬ净宽 ５. ０ ｍꎬ净高 ３. ５ ｍꎬ净断面 １７. ５ ｍ２ꎬ属于典型的深部大断面巷 道ꎮ 当顶板为 Ｋ２石灰岩时ꎬ顶板完整性较好ꎬ节 理、层理不发育ꎬ围岩分类结果为 ＩＩ 级ꎬ围岩稳定ꎻ 当顶板为泥岩和 Ｋ２石灰岩时ꎬ顶板呈黄泥裹碎石 状ꎬ卡钻或锚固剂丢失现象严重ꎬ支护效果差ꎮ 结合 矿井实际遭遇的问题ꎬ有必要对东翼辅运大巷支护 参数进行优化设计ꎮ １ 工程概况 昊锦塬煤矿为 ９ ＋１０ 号煤层联合开采ꎬ煤层平 均厚度 ５ ｍꎬ东翼辅运大巷沿 ９ 号煤层顶板掘进ꎬ巷 道净宽５. ０ ｍꎬ净高３. ５ ｍꎬ直接顶为泥岩ꎬ厚３. １ ｍꎬ 老顶为石灰岩ꎬ厚 ８. １１ ｍꎬ部分区域出现石灰岩和 泥岩互层情况ꎬ底板为泥岩ꎬ厚 ４ ｍꎮ 石灰岩段整体 支护效果良好ꎬ但遭遇泥岩时ꎬ存在卡钻、锚固剂丢 失等现象ꎬ巷道围岩整体支护效果较差ꎮ 东翼辅运大巷采用“锚杆 ＋ 锚索 ＋ 金属网”联 合支护ꎮ 顶板采用 Ｄ２０ ｍｍ ２ ４００ ｍｍ 的左旋无纵 筋等强螺纹钢锚杆ꎬ间距 １ ０００ ｍｍꎬ排距１ １００ ｍｍꎻ 锚索采用 Ｄ１７. ８ ｍｍ ６ ３００ ｍｍ 的钢绞线ꎬ排距为 ２ ２００ ｍｍꎬ每排一根ꎻ两帮选用 Ｄ１８ ｍｍ １ ８００ ｍｍ 的左旋螺纹钢锚杆ꎬ间距 １ ０００ ｍｍꎬ排距１ １００ ｍｍꎻ 金属网用 Ｄ６. ５ ｍｍ 的 钢 筋 焊 接ꎬ 网 孔 尺 寸 为 １００ ｍｍ的正方形ꎬ网片搭接宽度为 １００ ｍｍꎬ用 １６ 号铁丝三花式捆绑ꎬ扭结 ３ 圈ꎬ每间隔 ２００ ｍｍ 进行 捆绑一次ꎬ支护断面见图 １ꎮ 图 １ 东翼辅运大巷原支护断面ｍｍ 由于东翼辅运大巷直接顶为泥岩ꎬ顶板内部含 ９３ 实实用用技技术术 总第 ２５０ 期 植物根茎化石ꎬ自身强度较弱ꎬ随着巷道服务年限不 断增长ꎬ巷道局部支护效果较差ꎬ且由于顶部采空区 淋水的缘故ꎬ顶板泥岩遇水后逐渐出现泥化现象ꎬ局 部破碎后容易造成巷道失稳ꎻ结合矿井当前支护参 数ꎬ顶板采用“一索五杆”型锚固支护方式ꎬ整体稳 定性略显不足ꎬ故有必要对巷道支护进行优化设计ꎮ ２ 优化方案设计 由于东翼辅运大巷破碎主要集中在帮部与顶 板ꎬ巷道底板完整情况相对较好ꎬ故拟通过优化顶锚 杆的支护参数ꎬ在保证安全的前提下节约巷道支护 成本ꎬ具体支护方案如下ꎮ 顶板采用 Ｄ２０ ｍｍ ２ ４００ ｍｍ 的左旋无纵筋等 强螺纹钢锚杆ꎬ间距 ９００ ｍｍꎬ排距 １ ０００ ｍｍꎻ锚索 采用 Ｄ１７. ８ ｍｍ ６ ３００ ｍｍ 的钢绞线ꎬ间距为 １ ８００ ｍｍꎬ排距 ２ ０００ ｍｍꎬ 每排两根ꎻ 两帮选用 Ｄ１８ ｍｍ １ ８００ ｍｍ 的 左 旋 螺 纹 钢 锚 杆ꎬ 间 距 ９００ ｍｍꎬ排距 １ ０００ ｍｍꎻ金属网用 Ｄ６. ５ ｍｍ 钢筋焊 接ꎬ网孔尺寸为 １００ ｍｍ 的正方形ꎬ网片搭接宽度为 １００ ｍｍꎬ用 １６ 号铁丝三花式捆绑ꎬ扭结 ３ 圈ꎬ每间 隔 ２００ ｍｍ 进行捆绑一次ꎮ 优化后的支护断面见图 ２ꎮ 图 ２ 东翼辅运大巷优化支护断面ｍｍ ３ 效果分析 在东翼辅运大巷原支护效果较差的地段选取长 度为 １００ ｍ 的范围进行现场工业性试验ꎬ并在试验 段中部采用十字布点法布置表面位移观测站ꎬ对巷 道变形情况进行了为期 ３０ ｄ 的观测ꎬ观测结果如图 ３ 所示ꎮ 由图 ３ 可知ꎬ采用优化支护后的东翼辅运 大巷单日顶板下沉量不超过 ２ ｍｍꎬ两帮移进量单日 增加量不超过 １ ｍｍꎬ最终顶板最大下沉量在 ２３ ｍｍ 左右趋于稳定ꎬ两帮移进量在 １１ ｍｍ 左右趋于稳 定ꎬ支护效果很好ꎮ 图 ３ 优化后巷道变形监测结果 ４ 结 语 针对昊锦塬煤矿东翼辅运大巷顶板岩性复杂ꎬ 部分区段顶板破碎ꎬ巷道稳定性差的情况ꎬ通过分 析ꎬ本着既能提高巷道支护强度ꎬ保证巷道稳定ꎬ又 能节约成本的原则ꎬ提出了优化方案ꎬ优化后的方案 较原方案虽然在单位计算范围内仅增加了一根锚索 和一根锚杆ꎬ但围岩塑性区破坏范围较原方案减少 了 ３０％ꎬ大幅提高了巷道围岩的稳定性ꎬ保证了东 翼辅运大巷的长期使用ꎮ 参考文献 [１] 谢和平. 深部高应力下的资源开采 现状、基础科 学问题与展望[Ｇ] / / 科学前沿与未来. 第六集. 北京 中国环境科学出版社ꎬ２００２１７９ －１９１. [２] 何满潮. 深部开采工程岩石力学的现状及其展望 [Ｇ] / / 第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集. 北京科学出版社ꎬ２００４８８ －９４. [３] 何满潮. 深部的概念及工程评价指标[Ｊ]. 岩石力学与 工程学报ꎬ２００５ꎬ２４１６２ ８５４ －２ ８５８. [４] 谢和平ꎬ周宏伟ꎬ薛东杰ꎬ等. 煤炭深部开采与极限开 采深度的研究与思考[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１２ꎬ３７４５３５ －５４２. [５] 谢和平ꎬ高 峰ꎬ鞠 杨. 深部岩体力学研究与探索 [Ｊ]. 岩石力学工程学报ꎬ２００５ꎬ３４１１２ １６２ －２ １７８. [６] 姜耀东ꎬ潘一山ꎬ姜福兴ꎬ等. 我国煤炭开采中冲击地 压机理和防治[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１４ꎬ３９２２０５ －２１３. [７] 张 勇ꎬ孙晓明ꎬ郑有雷ꎬ等. 深部回采巷道防冲释能 耦合支护技术及应用[Ｊ]. 岩石力学与工程学报ꎬ ２０１９ꎬ３８９１ ８６０ －１ ８６９. [８] 孙晓明ꎬ何满潮ꎬ张国峰ꎬ等. 鹤壁五矿深部高应力软 岩巷道破坏机理及对策[Ｊ]. 辽宁工程技术大学学报 自然科学版ꎬ２００９ꎬ２８３３９３ －３９６. [责任编辑王伟瑾] ０４ ２０２０ 年 ６ 月 白 喆昊锦塬煤矿东翼辅运大巷支护参数优化 第 ２９ 卷第 ６ 期