近距离煤层切巷大断面支护研究.pdf

当 代 化 工 研 究 Ovf Modem Chemical Research 技木应用与研究技木应用与研究 2020 12 延 距 离 煤 层 切 巷 大 断 面 支 护 研 究 * 王克泰 汾 西 矿 业 集 团 贺 西 煤 矿 山 西 033300 摘要摘要如今煤矿产业技术不断提升，针对不同构造特点的煤层采用的支护技术也有所差异。近距离煤层结构比较特殊，切巷大断面支护 系统的设计和施工都很重要本文以陕西某市某煤矿为研究对象，根据地质力学测试研究，结合相应煤矿支护技术经验，对近距离煤层切 巷大断面支护的设计和施工进行研究，希望能为相关从业者提供参考. 关键关键词 近距离煤层；切巷大断面；支护 中图分类吾中图分类吾T 文献标识码 文献标识码A Research on Large Section Support of Roadway Cutting in Close-range Coal Seam W a n g Ketai Hexi Coal Mine, Fenxi Mining Group, Shanxi, 033300 Abstract Nowadays, the technology of coal mine industry is continuously improving, and the supporting technology adopted for coal seams with different structural characteristics is also different. The structure o f close-range coal seam is quite special, and the design and construction of large cross-section support system for roadway cutting are very important In this paper, a coal mine in a city in Shaanxi province is taken as the research object. According to the geomechanical test and research, combined with the corresponding coal mine support technology experience, the design and construction of large cross-section supportfor close-range coal seam roadway cutting are studied, hoping to provide reference for relevant practitioners. Key wordsi close-range coal seam\ roadway cutting support 引言 近距离煤层主要是指煤层之前的距离比较小，在开采某 一煤层时，会对周边煤层产生影响的煤层群。在煤矿企业经过 勘探发现并准备开采近距离煤层时，需要基于实际情况采取更 可靠的切巷大断面支护技术。支护技术的应用，对保证采煤活 动安全有重要作用。如今我国煤矿开采环境越来越复杂，对近 距离煤层切巷大断面支护的研宄，有重要实用价值。 1 ■工程概况 某煤矿位于山西省某市，赋存两组可采的煤层，位于 上方的煤层分为两层，上层1-1煤的平均厚度是2. 53m, 下层 1-2煤的平均厚度为2. 66m, 上下层之间的平均距离是5. 2m。 因为这两层煤层之间的间距波动较大，多数的采区都使用分 层开采的措施。目前，上层1-1的煤层正在被开采，1-2煤层 尚未开采。 该煤矿某工作面是1-2煤层第一个开采工作面，由于生 产衔接比较紧张，为了保证开采秩序，该煤矿企业在对1-2 近距离煤层的大断面切巷进行施工时，采用了大断面一次成 巷的施工策略。该工程切巷断面的尺寸为5000mm X 2500mm, 根据对该巷道实际情况和周边岩层的特点，采用以锚网梁索 为主、单体支柱架棚为辅的支护结构。基于该支护结构的支 持，该开采面的煤矿开采工作得以正常开展，安全性也得到 了保证[1]。 1 1 1 1 图1 1-2煤层煤柱（ 左 ）与采空区（ 右 ）的钻孔窥视图 根据该钻孔窥视图可以发现，该煤层煤柱lm范围内的顶 板部分存在横向裂隙2处，约lm-1. 6m范围内的岩层呈严重破 碎状，1.6m-2.8m范围内分布了大量多向裂隙，2.8m-5.5m范 围为较为完整的煤层。另外，5. 5m-llm范围内岩层以砂岩为 主，在5. 3m及8.1m位置分布有几处比较细微的裂隙。该煤层 采空区部分3. 5m范围内顶板主要分布有大量破碎砂质泥岩， 尤其在2. 5m_3. 5m范围内的破碎程度比较高，另外采空区则 在3. 5m以上的范围内[a。 通过对该钻孔窥视图的研宄分析，从支护系统的设计 角度来讲，该煤层有厚度约为lm的完整顶板。在该顶板的上 方，采空区的裂隙分布较多。目前该部分顶板采用锚网梁进 行支护，但是支护强度比较差，尤其在该顶板内裂隙呈进一 步发展趋势的情况下，有必要使用架棚、单体支柱等方式来 进行加强，提升顶板稳定性，保证采矿安全[3]。 3.煤层围岩应力勘测与分析 2■煤层切巷顶板勘测分析 考虑到1-2煤层作为近距离煤层在开采中可能存在的问 题，该煤矿企业专门对切巷覆岩铰接和顶板的裂隙发展情况 进行了勘察，目的在于为该切巷大断面支护方案的制定提供 依据。2018年初，技术人员采用钻孔勘测的方式，在1-2煤 层合适的位置打下深度为9. 85m的孔，通过钻探获取的扫描 图见图1。图2 1-2煤层采空后某切巷顶板和煤柱的应力分布情况图 202 0 12 技术应用与研究 当 代 化 工 研 究 Modem Chemical Research 1-2煤层某切巷进行掘进过程中，技术人员使用数值计 算法，对周边围岩应力情况进行分析。在全面了解该煤层及 周边地质结构的基础上，利用相关软件建立数值模型图。技 术人员选取该煤层三个工作面进行数值模拟，所完成的模拟 图见图2。 通过对该煤层作业面周边岩层应力分布情况的分析， 可以发现应力主要集中在该切巷煤柱的下方，而采空区下方 几乎不存在垂直应力的分布。同时，技术人员还发现了该 切巷煤柱底板位置的应力比较集中，其中原岩的应力约为 7. 25MPa, 而最大的应力约为35. 66MPa。通过计算，该区域 范围集应力集中系数为4. 81。对相关数据的分析和计算，可 以发现该切巷煤柱位置的支护系统需要进行针对性加强，基 于成熟先进的支护系统，提高煤柱支护可靠性。 4.近距离煤层切巷大断面支护方案设计与施工 针对该煤矿1-2煤层切巷大断面为矩形，掘进宽度约为 6m，高度约为3m, 掘进断面的面积约为16. 2m2。为了进一步 确保支护系统可靠性，技术人员结合该煤层切巷大断面的情 况，决定在煤柱、采空区部分分别使用不同的支护方案。 ⑴煤柱下区域支护方案⑴煤柱下区域支护方案 ① 支护材料。支护结构的杆体是配置高强度螺母的无 纵筋螺纹钢筋，钢筋材料型号为22m m X 2400mm。用到的托板 为高强度的拱形托盘，其规格是160m m X160m m X9mm, 拱高 大于35m m, 同时配备了减摩垫层。支护网片用的是菱形金 属网网顶，网顶由8号铁丝编织，网孔和网片的规格分别为 50m n X50mm和5500m m X 1200mm。另外，用到的钢护板厚度、 宽度和长度分别为5mm、280mm、500mm。 ② 支护方案。该煤层工作面煤柱下方区域的切巷顶板比 较完整，无明显破碎情况。为此，采用的支护方案相关参数 见表1。 表1 1-2煤层某切巷煤柱下方区域支护方案示意 支护方式锚杆 孔径 mm 锚固 长度 mm 预紧力 间排距 mm 锚固剂 用量 支） 顶锚杆 f 22mm x 2000mm 28150.2300N m 1000 x 1000 CK2340 顶锚索 c j 18.1mm x 6000mm 28281.530MPa 1500 x 2000 Z2388 帮锚杆 4 19mm x 2000mm 2868. 5240N - m 1000 x 1000 Z2360 7T梁、单 体支柱 5300DW31. 5- 300、 110 ⑵采空区下方支护方案⑵采空区下方支护方案 ① 支护材料。该区域用到的杆体为无纵筋螺纹钢筋， 尺寸为18m m X 2000mm，托板是尺寸是规格为150mmX 150mmX 8mm的高强度拱形托盘。另外，采用厚度和宽度分别为3. 5mm 和260nun的钢板加工制成的W钢带。再用规格为8nmi的钢筋 加工制成钢筋托梁，钢筋托梁的长度和宽度分别是1600mm 和85mm。使用10号铁丝编制高强度金属网，网孔尺寸是 55m m X 55mm〇 ② 支护方案。在采空区下方区域内，按照lm间隔，在两 排锚杆之间采用单体支柱和n梁进行配合支护，其中n梁长 度2. 6m, 间距500mm。单体柱采用3X3的布置形式，间距控 制在3500mm左右。 ⑶支护系统施工要点⑶支护系统施工要点 考虑到该近距离煤层周边应力和实际情况，切巷大断面 支护系统的施工程序比较复杂。该煤矿企业认识到需要在支 护系统施工中做好质量管控，其为了保证施工高质量采用的 措施有以下几点。 ① 做好施工材料品质把控。近煤层的切巷大断面支护系 统施工，往往面临比较复杂的岩层结构和煤层结构。在该案 例中，切巷顶板近距离有角度的破碎岩层分布，对支护系统 的稳定性要求极高，因此支护系统施工方案选择的支护材料 标准较高。煤矿企业在支护系统施工前和过程中，专门制定 了严谨的施工质量把控机制，目的在于保证用到的钢筋、锚 杆、螺栓等所有材料质量达到应用标准。 ② 做好施工工艺监督。为了达到该支护工程施工质量要 求，煤矿企业选用了具有相关资质并执行过近煤层切巷大断 面支护系统施工任务的团队。该团队基于对施工现场的考察 和对支护系统设计方案的分析，制定了严谨的施工计划。例 如在煤柱下方支护系统的锚杆安装时，施工人员要先把事先 打好的锚杆孔内部清理干净，利用压风设备进行清理，再在 孔内注入对应的锚固剂，然后插入锚杆。锚杆插好并被锚固 剂固定之后，在锚杆头上套上螺母，利用专用的锚杆安装机 设备卡紧螺母。最后启动安装机设备将锚杆推至设计深度， 正常情况下，安装机的启动操作时间应大于30s。 ③ 做好施工效果检测。秉承严谨科学的专业态度，煤 层巷道支护系统的各安装环节，都应当对安装的相关支护系 统进行检测。只有保证每一处销杆、钢筋网的稳定性、支撑 力、强度达到标准，才能保证支护系统能发挥可靠的支护功 能。例如，在锚杆安装完成之后，需要专业人员对其锚固力 进行检测。在本文案例中，技术人员选用ML-20行锚杆拉力 计设备对描杆进行测试。测试时间应当选择在锚杆安装固定 完毕的30h之后，此时锚杆内外应力状况趋于稳定，锚固剂 也基本上达到应用标准。检测时，用卡具将锚杆紧固在千斤 顶的活塞之上，然后操作液压泵，让设备内活塞对锚杆产生 拉力，按照支护系统中锚杆拉力的设计指数的1.5倍进行测 试。经测试如果达标，则证明锚杆安装达到标准。 5.结束语 在本文案例中，针对煤层顶板进行钻孔勘测，对掌握周 边一定范围内构造情况、应力分布状况等有重要作用，为后 续支护系统方案的制定奠定了基础。同时，在近距离煤层切 巷大断面用到的复合支护形式，对确保巷道顶板完整性和稳 定性起到了重要的作用。因此，在煤矿生产活动中，面对近 距离煤层开采的情况时，传统单一的支护方案可能会存在一 些不足。为了满足这一特殊情况下的生产需求和安全保障需 求，需要对近煤层地质结构、采空区情况等进行全面勘察， 基于对结构、应力分布情况、开采计划的综合考虑，针对性 采用合适的支护方案。 【 参考文献】【 参考文献】 [1] 李成渺.近距离煤层下分层工作面大断面切巷支护技术研 究与应用[J].能源技术与管理,2019, 44 4 120-121, 160. [2] 李中伟.近距离煤层下分层大断面切巷支护技术研究m. 煤炭工程， 2017, 49 11 41-44. [3] 姬博.近距离煤层大断面切巷刷扩安装同步施工技术[J]. 江西煤炭科技， 2018 2 112-114. 【 作者简介】【 作者简介】 王克泰（ 1985-, 男，汾西矿业集团贺西煤矿；研究方向 采矿工程.