沿空掘进锚网索联合支护探究.pdf

2020 年第 5 期2020 年 5 月 对于煤矿生产作业而言，顶板事故一直是矿井生 产中的主要灾害之一，对生产安全的影响十分大。特 别是随着近些年矿井浅部煤炭资源的日益枯竭，井下 回采作业深度持续增加，回采作业时的围岩压力不断 增大，作业面顶板安全形势越发突出。有鉴于此，采 取针对性的举措优化作业面支护设计，提升支护效果， 对于推动矿井生产更好地开展意义重大。 1工程概述 A 矿 50203 回采作业面主采 5煤层，煤层厚度均 值12 m，倾角均值 10毅，整体埋深 500 m。煤层上部直 接顶为砂质泥岩层，属于典型的软弱坚硬岩层，抗压 强度介于 10耀61 MPa，抗拉强度介于 0.5耀4.7 MPa；老 顶为厚度均值 15 m 的砂岩层；煤层直接底为厚度均值 1 m 左右的碳质泥岩。50203 作业面北部为上阶段采空 区，南部为在采作业面，西侧为采区大巷，东侧为井 田边界煤柱。50203 作业面回风巷道采用沿采空区掘进 的方式，原支护方式不能很好适应井下生产需求，需 对其进行优化改良。 2巷道支护设计分析 2.1原支护方式 A 矿 50203 回采作业面回风巷道断面设计采用矩 形，设计尺寸 （长伊高） 为 4 200 mm伊3 200 mm，巷 道掘进采用沿底板掘进的方式，原支护设计采用锚网索 支护方式，所用锚杆为直径 18 mm、长 2 000 mm 的 螺纹钢树脂锚杆，配套尺寸为 120 mm伊120 mm伊6 mm 的蝶形托盘，锚杆布设排间距为 800 mm伊800 mm，其 中，顶板布设锚杆 6 根，两帮各布设锚杆 4 根，一个截 面共布设锚杆 14 根。锚索选用直径 15.24 mm、长 15 000 mm 的专业矿用锚索，每排布设 2 根，锚索托 梁使用 12工字钢制成，锚索布设排间距为 2 400 mm伊 1 600 mm。同时，巷道还配设 H 形梯子梁和铁丝网对 巷道进行支护[1-2]。 但在实际掘进作业中，受到上部煤层采空区的影响 和相邻作业面采动的影响，在巷道掘进支护后会出现程 度不一的顶板下沉、局部冒落、巷帮挤压、底板鼓起、 锚索拉断等现象，对生产安全构成严重威胁。有鉴于 此，针对原支护方案进行优化设计，通过调制锚索和锚 杆支护参数，改用强度更高的高强度树脂锚杆和小孔径 预应力锚索，替代原本的普通锚杆和锚索，以提升支护 效果。 收稿日期2020-03-10 作者简介王家胜，1970年生，男，山西阳城人，2015年毕业于黑 龙江省教育学院采矿工程专业，工程师。 沿空掘进锚网索联合支护探究 王家胜 （ 山西煤炭运销集团阳城惠阳煤业有限公司，山西 阳城 048100 ） 摘要 顶板破碎现象是巷道掘进施工中经常遇见的情况之一，实现巷道掘进通过相关区域时的有效支护，对于提升 巷道使用稳定性，保障矿井生产作业安全有积极意义，是推动矿井综合效益增长的有力举措。以此为着手点，针对深部 沿空掘进锚网索联合支护工艺开展分析，结合具体工程实际，在分析巷道原支护形式不足的基础上，对巷道支护工艺开 展优化分析，并对其应用效果做出实践分析。结果表明，优化后的支护工艺能够大幅提升巷道围岩稳定性，增强巷道作 业安全性，对矿井有效、健康发展意义重大。 关键词 煤矿；沿空掘进；掘进支护；工艺优化 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 2095-0802-202005-0016-02 Research on the Combined Support of Anchor Net and Cable for Driving along the Goaf WANG Jiasheng Huiyang Coal Industry Co., Ltd. of Yangcheng, Shanxi Coal Transportation and Sales Group, Yangcheng 048100, Shanxi, China Abstract Roof breaking is one of the common situations in the tunnel construction. To achieve the effective support when the tunnel passes through the relevant areas is of positive significance for improving the stability of the tunnel, ensuring the safety of the mine production and operation, and is a powerful measure to promote the growth of the comprehensive benefits of the mine. Taking this as a starting point, this paper analyzed the combined support technology of anchor net and cable for driving along the goaf. Combined with the actual engineering, on the basis of the analysis of the shortage of the original support of the roadway, the optimization analysis of the roadway support technology was carried out, and the practical analysis of its application effect was made. The results show that the optimized support technology can greatly improve the stability of surrounding rock and the safety of roadway operation, which is of great significance to the effective and healthy development of the mine. Key words coal mine; driving along the goaf; excavation support; process optimization （总第 176 期） 能源研究 16 2020 年 5 月2020 年第 5 期 2.2支护方式改进分析 2.2.1锚杆网片及钢梁优化 巷道顶板及帮部所用锚杆改为直径 20 mm、长 2 400 mm 的高强度树脂锚杆，布设排间距为 800 mm伊 800 mm。其中，顶板布设锚杆 6 根，两帮各布设锚杆 5根，一个截面共布设锚杆 16 根，单根锚杆配套使用 2 支型号为 Z2360 的树脂锚固剂对锚杆进行锚固，锚固 力不小于 60 kN，扭矩力不小于 140 N m。同时，为了确 保预应力充足，每根锚杆配套尺寸为 150 mm伊150 mm伊 10 mm 的蝶形托盘。顶板与巷帮表面均铺设 10金属 网，尺寸为 2 000 mm伊1 000 mm，孔径为 100 mm伊 100 mm，两片金属网间搭接长度为 100 mm。选用 H 形梯子梁充当钢带，钢带厚度 14 mm，尺寸 （长伊宽） 为 4 000 mm伊100 mm。配套使用梯子梁可以有效提升 支护体对不平整围岩表面的适应性，从而更好地约束 锚杆，并为作业人员的施工提供一定的便利[3]。 2.2.2锚索与钢梁优化 巷道顶板锚索选用直径 21.6 mm、长度 15 000 mm 的低伸缩 1伊7 钢绞丝高强度预应力锚索，采用加长锚 固的方式，锚固剂选用 4 支型号为 Z2360 型和 2 支 K2335 型的树脂锚固剂，锚固长度不小于 2 500 mm， 锚固力不小于 250 kN/根，布设排间距为 1 000 mm伊 1 500 mm，单排布设 3 根。配套支护钢梁选用 12工 字钢制成，长度为 4 200 mm，采用顺巷布设的方式， 配套使用高强度的三孔锁具，锚固后锚索外露长度应 控制在 150耀250 mm 之间。 巷道帮部锚索选用直径 21.6 mm、长度 4 500 mm 的低伸缩 1伊7 钢绞丝高强度预应力锚索，采用加长锚 固的方式，选用 3 支型号为 Z2360 型的树脂锚固剂， 锚固长度不小于 1 800 mm，锚固力不小于 200 kN/根， 布设排间距为 800 mm伊1 000 mm，单排布设 3 根[4]。 配套支护钢梁选用 12工字钢制成，长度为 2 200 mm， 垂直顶部布设，配套使用高强度的三孔锁具，锚固后 锚索外露长度应控制在 150耀200 mm 之间。 图 1 为优化后的支护断面示意图。 a 顶部支部平面图 b 巷帮支护平面图 c 巷道截面支护示意图 图 1联合支护优化后示意图 3支护效果分析 在 A 矿 50203 回采作业面回风巷道中，采用优化 后的联合支护方式进行巷道支护，同时，为了检测优 化后方案的实际应用效果，在巷道掘进时滞后作业面 每间隔 50 m 布设观测站 1 个，使用顶板离层仪和十字 交叉法，针对巷道帮部移近变化和顶板下沉变化进行 定期观测，观测周期为 7 d，连续观测 30 d[5-6]。观测结 果如图 2 所示。 图 2巷道两帮及顶板位移观测变化曲线 单位mm 1 5001 500 800800800 800800 单位mm 锚杆 金属网片 梯子梁 锚索 锚索托梁 2 0002 000 800800800800800 锚索 6006001 5001 500 100 100100 水沟 4 000 4 200 单位mm 250 200 150 100 50 0 顶板下沉量 两帮移近量 离层量 50100150200250300350400450 距工作面距离/m （下转 113 页） 王家胜 沿空掘进锚网索联合支护探究 17 2020 年 5 月2020 年第 5 期 （上接 17 页） 分析图 2 可知，随着掘进作业持续进行和掘进距 离的不断增大，巷道围岩变形量整体呈现出先增加后 降低的趋势，回采面顶板下沉量与两帮移近量在距离回 采面 200 m 时数值达到最大，分别为 110 mm 和 76 mm， 随后围岩位移量逐渐减小并趋于稳定。实测数据表明， 优化后的锚网索联合支护工艺能够对巷道围岩变形进 行有效控制，提升了回采作业的安全性和有效性。 4结语 针对 A 矿 50203 回采作业面巷道掘进原支护方式 存在的变形量大、锚索容易拉断和锚杆容易凹陷等不 足，开展支护方式的优化研究，优化后的方案实现了 对巷道围岩的有效控制，巷道作业时的变形量大幅降 低，作业安全性显著提升。同时，在回采后巷道支护 所用的锚杆托盘和托梁均能够回收利用，进一步降低 了支护成本。 参考文献 ［1］ 翟文立， 王其杰， 李涛， 等.高强高预紧力锚网支护技术在深部 矿井沿空掘巷中的应用 ［J］ .煤矿安全， 2018， 4912 79-82. ［2］ 时永贺.基于锚网索耦合及喷浆支护的沿空巷道支护实践 ［J］ . 当代化工研究， 20192 87-88. ［3］ 李冠军， 赵光明， 孟祥瑞， 等.综放沿空动压巷道锚网索耦合支 护研究 ［J］ .中国安全科学学报， 2019， 292 125-132. ［4］ 马明杰， 李宗泽， 李路恒， 等.沿空掘巷围岩稳定性及其控制技 术研究 ［J］ .煤炭技术， 2018， 377 89-91. ［5］ 杜金顿.强动压影响回采巷道锚网索平衡支护技术研究 ［D］ . 青岛 山东科技大学， 2017. ［6］ 许永祥.特厚煤层大采高综放面沿空掘巷支护技术 ［J］ .煤矿 开采， 2017， 222 51-55. （ 责任编辑白洁 ） 顺槽巷道掘进支护方式的优点是a 能够有效解 决梯形棚因受压变形的情况；b 能够防止帮部侧压使 棚腿向内侧挤压；c 在回采期间，去掉拱型棚而形成 梯形棚 （ 短期内梯形棚钢梁能够满足回采时的需要）； d 巷道掘进期间和回撤期间胶轮车使用将不受影响。 顺槽巷道掘进支护方式的缺点是a 巷道支护较 困难 （需要二次支护）；b 会增加钢棚加工的工序； c 在保证巷道相同使用上，复合支护每架钢棚要比直 墙半圆拱型多用 5.8 m 11矿用工字钢 （ 不考虑回采期 间需求要更换支护所使用的工字钢 ） 。 为了节省材料和加快施工速度，建议该支护方式 在停采线至切眼间使用，其他区域采用拱形棚支护较 合理。 5结语 使用开拓巷道反拱底梁，严格按照设计要求施工， 使用 5 a 后，巷道除有部分裂缝外，能够保证正常使 用。由此可知，此项设计是较成功的，虽然施工期会 用较多材料，但相比多次重复维修所使用的材料，能 够省很多材料和人工费用。 顺槽掘进巷道使用复合支护的方式，严格按照设 计要求施工后，使用 5 a 后，巷道即使处于黄泥中，变 形量较小，同时能够减少回采时超前二次支护的材料 和人工费用。由此可知，此项设计是较成功的，它能 够在实际生产中展现其价值。虽然施工期会采用较多 材料，但相比回采期重复支护所使用的材料，多使用 的材料和人工是相差不多的。 参考文献 ［1］ 崔永青， 李继刚， 冯金龙， 等.巷道穿过黄泥层塌方区支护技术 与实践 ［J］ .煤， 201311 33-34. （ 责任编辑白洁 ） 单位mm 图 3复合支护断面图 4 050 3 600 钢棚 槽钢 木板 限位器 300 540 节点见详图节点见详图 5 060 5 350 130130 直径22 mm的圆钢 孔径25 mm 170 4141 252 148 192 丝长80 mm 11工字钢 20 mm钢板 节点详图 顶部U型卡子 顶部U型卡子垫板 108 108 表 2复合巷道支护每米单位工程量及材料消耗量表 设计断面铺地钢棚钢垫板数 量/块 钢垫板规格/mm木板备注 净断面/m2掘进断面/m2C25间距/m周长/m 150伊150伊5 间距/m数量/块 13.0018.20117.0520.6020 焊网槽钢 规格/m数量/片规格/m数量/个 1.10伊2061.207 王建波 巷道在黄泥层中掘进支护方式研究 113