掘进巷道软岩顶板支护设计应用.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 软岩巷道在掘进过程中受围岩应力影响，巷道顶 板出现破碎、断裂、冒落现象，导致顶板支护难度大、 支护效果差，甚至发生顶板垮落事故。中国多数煤矿 软岩巷道顶板主要采用锚杆、钢带、锚索进行联合支 护[1]。传统的支护设计中，支护屈服强度低，无法满足 大变形、大应力顶板支护需求，因此对软岩巷道顶板 进行有效的支护设计，是保证巷道安全掘进的前提。 本文以大斗沟煤业 2201 巷为例，对巷道掘进提出了柔 性让压锚杆支护设计。 1概述 大同煤矿集团大斗沟煤业公司同忻三盘区 2201 巷 北东部为山 2煤层盘区巷，北西部为 8202 设计工作 面，南东部为 8206 设计工作面，南西部为山 2煤层可 采边界。 2201 巷设计长度为 1 791 m，巷道设计断面规格 为 5.2 m伊3.6 m （ 宽伊高 ） ，施工巷道从山 2煤层皮带大 巷开口。2201 巷掘进煤层为山西组 2煤层，煤层平均 厚度为 2.71 m，平均倾角为 3毅，煤层内含夹矸 1耀2 层， 煤层走向北西，倾向南东，结构简单。 2201 巷沿 2煤层顶板平行掘进，施工巷道伪顶主 要以碳质泥岩为主，平均厚度为 0.6 m；直接顶主要以 砂岩与泥岩互层为主，平均厚度为 2.1 m；基本顶主要 以 K4石灰岩为主，平均厚度为 14.5 m。 22201 巷原顶板支护设计支护现状及问题分析 2.1原顶板支护设计 a 2201 巷原顶板主要采用的是锚杆、锚索联合支 护，顶板锚杆主要采用长度 2.5 m、直径 22 mm 的钢 锚杆，每排布置 6 根，锚杆间排距均为 1.0 m，每排锚 杆外露端安装 1 根长度为 5.0 m 的钢带，钢带与锚杆之 间采用螺母预紧，预紧力矩均为 220 N m；b 顶板锚 索采用长 5.0 m、直径 17.8 mm 的钢绞线，每排布置 2 根，锚索间排距均为 3.0 m，每根锚索外露端安装 1 块规格为 300 mm伊300 mm （ 长伊宽 ） 的高预应力拱形 垫片，锚索锚固力为 170 kN。 2.2支护现状 截至 2018 年 9 月 14 日，2201 巷已掘进 240 m， 由于施工巷道顶板岩体稳定性差，施工巷道属于软岩 巷道掘进，巷道掘进前期顶板支护效果相对较差，顶板 来压现象相对严重，巷道支护后 3 d 顶板塑性变形严 重，顶板支护体出现变形、断裂现象，锚杆失效率达 12，顶板最大下沉量达 0.45 m，顶板局部出现冒落现 象，原顶板支护设计不能满足顶板支护需求。 2.3问题分析 a 顶板蠕动变形严重。由于施工巷道顶板岩体稳 定性差，岩石普氏系数 f 为 2.5，岩体呈层状结构，顶 板变形相对严重，采用刚性锚杆支护时，锚杆无法适应 大变形顶板[2]。b 锚杆支护长度不足。原顶板支护设计 中锚杆长度为 2.5 m，且采用加长锚固方式；而 2201 巷直接顶与伪顶总厚度为 2.7 m，锚杆锚固端位于直接 顶与基本顶交界处，锚杆锚固效果差。c 锚杆让压效 果差。由于施工巷道顶板岩体不稳定，极易出现下沉、 收稿日期2020-04-13 作者简介张智明，1985年生，男，山西原平人，2012年毕业于辽 宁工程技术大学采矿工程专业，助理工程师。 掘进巷道软岩顶板支护设计应用 张智明 （ 大同煤矿集团大斗沟煤业公司，山西 大同 037003 ） 摘要 针对 2201 巷在掘进过程中软岩顶板出现破碎、断裂现象，分析了原顶板支护设计、支护现状以及主要存在的 问题。为了进一步提高顶板稳定性，防止顶板冒落事故发生，提出采用柔性让压锚杆支护方式。通过实际应用，柔性让 压锚杆支护方式能够有效控制顶板离层、下沉现象，发挥锚杆与围岩耦合支护作用，取得了显著的应用成效。 关键词 掘进巷道；软岩顶板；支护设计；柔性让压锚杆 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0169-02 Design and Application of Soft Rock Roof Support in Driving Roadway ZHANG Zhiming Dadougou Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Datong 037003, Shanxi, China Abstract In view of the breakage and fracture of the soft rock roof in the driving process of 2201 roadway, this paper analyzed the original roof support design, support status and main problems. In order to further improve the stability of roof and prevent roof falling accidents, it proposed to adopt flexible pressure bolt support. Through practical application, the flexible pressure bolt support can effectively control the roof separation and subsidence, play the role of bolt and surrounding rock coupling support, and achieve remarkable application results. Key words driving roadway; soft rock roof; support design; flexible pressure bolt （总第 177 期） 实践运用 169 2020 年第 6 期2020 年 6 月 （上接 111 页） 4结语 进入 21 世纪以来，各种信息设备的发展与应用推 动了变电站交直流一体化供电系统的发展和应用，相 比于变电站传统电源系统，交直流一体化电源系统具 有不可比拟的优势，不仅可以提升电源系统的安全性， 还可以解决常规变电站存在的问题，提高变电站的管 理水平。相信在不久的将来，随着各种智能设备的应 用，变电站交直流一体化电源系统将为变电站高质量 运行提供更大助力。 参考文献 ［1］ 张洁.110 kV 模块化智能变电站二次系统的设计与研究 ［D］ . 南昌 南昌大学， 2019. ［2］ 刘英楠.交直流一体化电源系统优化设计 ［J］ .中小企业管理 与科技中旬刊， 20192 162-163. ［3］ 王永飞.交直流一体化电源在 110 kV 变电站中的应用分析 ［J］ . 通信电源技术， 2018， 356 99-100. ［4］ 陈杰， 李守棋.变电站一体化电源系统的管理方法 ［J］ .农村电 工， 2018， 264 40. （ 责任编辑刘晓芳 ） 离层现象，当顶板出现下沉时，会对锚杆体产生一个 向下的剪切应力，且通过顶板岩体传递至锚杆端头钢 带上，由于锚杆不具有让压效果，直接导致钢带断裂、 变形[3]。 3柔性让压锚杆支护 3.1施工工艺 为了适应变形、大应力顶板，保证支护体对顶板 具有一定的让压效果，决定对原巷道顶板支护设计进 行优化，采用柔性让压锚杆支护。 a 支护体组成。2201 巷顶板采用的柔性让压锚杆 主要由柔性锚杆和让压件组成，柔性锚杆主要为长 3.5 m、直径 18 mm 的钢绞线；让压件长度为 0.5 m， 主要安装在距锚固端 1.0 m 处。 b 支护工艺。a为了降低顶板支护钻孔在施工过 程中对顶板产生的扰动破坏作用，降低顶板支护成本， 决定对原顶板支护锚杆进行优化。优化后顶板每排布置 5 根柔性让压锚杆，锚杆间距为 1.3 m，排距为 1.2 m。 b为了增加钢带对顶板支护的截面积，同一排柔性让 压锚杆支护后，在锚杆外露端安装 1 根 JW 型钢带，钢 带长度为 5.0 m，宽度为 0.28 m，锚杆与钢带之间采用 锁具预紧。c为了减弱顶板垂直应力破坏作用，相邻 2 排锚杆采用拉杆进行张拉预紧，并采用“三二 三” 排列布置方式。d为了提高锚索对顶板的支护效果， 决定对原顶板锚索进行优化。优化后每排施工 3 根锚 索，锚索间距为 2.0 m，排距为 2.4 m，如图 1 所示。 单位mm 1.JW型钢带；2.柔性让压锚杆；3.桁架拉杆；4.张拉器；5.锚索。 图 1优化后 2201 巷顶板支护平面图 c 支护要求。a为了保证柔性让压锚杆锚固效果， 每根柔性让压锚杆采用 3 支锚固剂锚固[4]，1 支超快速型 （ MSKC23/35 ） ，2 支快速型 （ MSKC23/60 ） 。b锚杆安装 前必须对让压件进行检查，确保无误后方可安装。锚 杆必须垂直顶板布置。c锚杆预紧力不得低于 150 kN， 锚固力不得低于 220 kN，每施工 100 根锚杆后必须进行 拉拔试验，锚杆支护合格率不得低于 97。 3.2支护优点 a 降低支护成本。施工巷道采用柔性让压锚杆支护 后，与传统锚杆支护相比，巷道每掘进 100 m 可减少锚 杆支护数量达150 根，不仅缩短了顶板锚杆支护时间， 而且整个巷道可减少支护成本 2.1伊105元。b 提高支护 效果。与传统钢性锚杆相比，柔性让压锚杆具有一定 的柔韧性，可适应顶板蠕动变形，同时该锚杆安装了 让压件，当顶板出现来压下沉、离层时，锚杆可通过让 压件发挥让压作用[5]。c 降低支护失效率。由于柔性让 压锚杆能够适应顶板变形、下沉现象，从而降低了锚 杆支护失效率。 4结语 从 2201 巷 242 m 处开始对顶板原支护设计进行优 化，采用柔性让压锚杆。截至 2019 年 2 月 3 日，巷道 已掘进到位。通过观察顶板柔性锚杆支护情况发现， 施工巷道顶板采用柔性让压锚杆支护后，顶板下沉、离 层现象得到了有效控制，在过断层期间顶板最大下沉量 为 0.14 m，未出现顶板大面积破碎、冒落现象；同时采 用该锚杆支护后，锚杆失效率降低至 3以下，保证了 软岩巷道的安全快速掘进，取得了显著的应用成效。 参考文献 ［1］ 张雅彬.浅述巷道支护技术在井下掘进中的应用研究 ［J］ .当 代化工研究， 201916 40-41. ［2］ 葛梁.陷落柱应力区巷道掘进支护技术 ［J］ .山东煤炭科技， 201911 26-28. ［3］ 郭晓朋.掘进巷道过断层支护技术探究 ［J］ .能源与节能， 201911 91-92. ［4］ 侯灿.煤矿掘进巷道顶板事故预防措施研究 ［J］ .江西煤炭科 技， 201910 165-166. ［5］ 杜亮亮.掘进巷道支护技术研究 ［J］ .江西化工， 20195 219- 220. （ 责任编辑刘晓芳 ） 1 3001 3002 400 3 4 5 2 1 170