复合顶板动压巷道锚杆支护技术的研究.pdf

引言 一直以来， 煤矿安全生产问题备受企业的关注。 影响煤矿安全生产的因素包括有综采设备的安全 性、 通风系统的性能以及巷道的支护效果。 巷道的支 护效果除了采用合理的支护方式外，还与工作面巷 道顶板的类型相关。 根据工作面巷道顶板特点不同， 可分为多层薄层顶板、 复合顶板、 层厚整体顶板和厚 煤层顶板。 我国地域辽阔煤矿地质条件各不相同， 但 绝大多数巷道为复合顶板巷道。复合顶板的载荷属 于动载荷， 其支护难度较大。 针对复合顶板动压巷道 的支护经历从棚室支护到锚杆支护的转变[1]。但在 实际生产中，在复合顶板动压巷道采用锚杆支护后 仍出现较大的变形，而动压为导致巷道出现较大变 形的主要原因。因此， 为提升复合顶板的支护效果， 需对复合顶板动压巷道进行控制。 1工程概况 本文以常村煤矿某工作面为研究对象，该煤层 工作面呈现东高西低的趋势，且工作面煤层的最大 倾角为 8.8， 工作面煤层起伏变化较大。经现场勘 测后知， 夹矸平均厚度为 0.34 m。 该工作面煤层顶底 板的情况如表 1 所示。 2复合顶板巷道围岩变形机理的研究 复合顶板最显著的特征为顶板由软岩层和硬岩 层相互间隔组成， 其中硬岩层位于顶板上部， 软岩层 位于顶板下部。 一般情况下， 复合顶板下部的软岩层 的厚度小于 3 m。而且， 复合顶板岩层的抗变形能力 较差， 容易出现挠曲下沉的现象， 从而导致顶板中软 硬岩层出现层离现象， 最后导致软硬岩层的分离[2]。 工作面巷道在掘进过程中，其围岩为主要承载 结构。 如果巷道围岩未得到合理的支护， 当围岩的应 力超过其强度要求时，便会打破巷道围岩的平衡状 态。 尽管巷道围岩采用了相应的支护结构， 但是所采 用的支护结构强度无法抵抗巷道围岩的压力和变形 情况， 随即也会打破巷道的平衡状态。 巷道围岩平衡状态被打破的原理为在巷道顶 板岩层自重的作用下发生弯曲变形，并在岩层的各 个截面上分解到一个弯矩，从而加剧了顶板的弯曲 变形。 顶板的弯曲变形又会进一步加剧岩层的变形， 在此恶性循环的基础上，使得岩层平衡状态最终被 打破[3]。 3复合顶板动压巷道支护参数的设计 目前，应用于综采工作面最为广泛的支护手段 为锚杆 （索） 支护。锚杆作为支护的主体承担着抗拉 和抗剪的作用。 为了提升锚杆 （索） 的支护效果， 还常 通过增加巷道钢带和托梁等支护手段进行加固处 理。 为保证所采用巷道支护参数的合理性和有效性， 通过理论计算对锚杆支护载荷、 承载能力、 锚杆的长 度和密度、 锚索的长度和密度等参数进行核算。 复合顶板动压巷道锚杆支护技术的研究 申鹏 （潞安集团常村煤矿， 山西长治046102） 摘要 针对复合顶板动压巷道动载荷特性复杂以及顶板岩层特征复杂导致支护困难和支护效果不佳的问题， 以潞安集团常村煤矿某工作面为研究载体， 在分析其顶底板情况及煤层情况的基础上， 研究了复合顶板动压巷 道的特征和变形机理， 并针对性地设计了复合顶板动压巷道的支护方案。经现场监测可知， 所设计的支护方案 其支护效果和质量满足工作要求。 关键词 复合顶板锚杆锚索 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0162-02 收稿日期 2020-03-15 作者简介 申鹏 （1982） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学采矿 工程专业， 助理工程师， 主要从事煤矿锚杆支护方面的工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.069 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 顶底板 类型 岩性 岩层厚度 /m 备注 老顶细粒砂岩 4.254.5 灰黑色， 中厚层状， 石英为主、 长石次 之， 局部裂隙发育 直接顶泥岩3.904.65 灰黑色， 泥质结构， 局部含铝质， 断口不 平坦 3 号煤煤5.555.80 黑色， 条形状结构， 内生裂隙发育。煤 层松软破碎， 煤层厚度为 5.555.80 m， 平均厚度为 5.68 m， 局部含夹矸一层， 厚度 0.330.35 m， 平均厚度为 0.34 m 直接底泥岩0.651.0 黑色， 泥质结构， 局部含铝质， 断口不 平坦 老 底 细粒砂岩 0.71.85 灰黑色， 薄层状， 石英为主、 长石次之， 断口不平坦 表 1常村煤矿某工作面顶底板情况 实践与应用 2020 年第 5 期 根据工作面围岩松动圈大小的测定结构，并在 结合围岩物理力学特性和巷道支护参数设计理论以 及巷道的断面形状的基础上， 对锚杆长度、 密度， 锚 索长度、 密度等参数进行设计。 该煤矿工作面巷道的断面形状为矩形，结合煤 矿其他工作面支护参数的设计经验，该工作面采用 锚杆、 锚索、 金属网、 梁以及喷的联合支护方式[4]。 1） 锚杆布置 每排 6 根顶锚杆， 锚杆间距 800 mm， 排距 1 000 mm。 锚杆角度 靠近老塘帮的顶锚杆 安设角度与垂线成 25外偏角， 其他顶锚杆垂直顶 板打设。 2） 锚索 “小五花” 布置， 两根锚索时， 靠老塘帮侧 锚索距老塘帮 1 300 mm， 间距 1 800 mm； 三根锚索 时， 靠老塘帮侧锚索距老塘帮 1 000 mm， 间距 1 500 mm。锚索规格为 椎22-1-19-8300 mm， 锚索全部垂 直顶板打设。 3） 双钢筋托梁规格型号为 椎16 mm4 300 mm800 mm120 mm （6 眼） 。 4） 网片规格 4 900 mm1 100 mm （30 mm30 mm） ， 10 号铅丝编织， 16 号铅丝联接，双丝双扣， 孔 孔相联。 1） 锚杆布置 帮布置 4 根锚杆， 锚杆间距 1 000 mm，排距 1 000 mm，帮顶角锚杆距离顶板为 250 mm， 帮底角锚杆距底板为 250 mm， 帮顶底角锚杆 安设角度与垂线成 10外偏角，其他帮锚杆垂直 打设。 2） 双钢筋托梁规格型号为 椎14 mm3 200 m 1 000 mm105 mm （4 眼） 。 3） 网片规格 3 400 mm1 100 mm （30 mm30 mm） ， 10 号铅丝编制， 16 号铅丝联接，双丝双扣， 孔 孔相联。 1） 锚杆布置 每排布置4根玻璃钢锚杆 （椎18mm 2 000 mm） ， 锚杆间距 1 300 mm， 排距 1 000 mm。帮 顶角锚杆距离顶板为 400 mm， 帮底角锚杆距底板为 500 mm。 2） 打眼木托板 椎160 mm400 mm。 1） 锚杆布置 每排 5 根顶锚杆， 锚杆间距 800 mm， 排距 1 000 mm， 靠近回采帮的顶锚杆安设角度 与垂线成 25外偏角， 其他顶锚杆垂直顶板打设。 2） 锚索每排两根布置， 间距分别为 1 500 mm、 1 800 mm。间距 1 500 mm 时， 靠回采帮侧锚索距回 采帮 1 000 mm 打设； 间距 1 800 mm 时， 靠回采帮侧 锚 索 距 回 采 帮 1 300 mm 打 设 ， 锚 索 规 格 为 椎22-1-19-8300 mm， 锚索全部垂直顶板打设。 3） 双钢筋托梁规格型号为 椎16mm3500mm 800 mm120 mm （5 眼） 。 4） 网片规格 3 900 mm1 100 mm （30 mm30 mm） ， 10 号铅丝编织， 16 号铅丝联接，双丝双扣， 孔 孔相联。 1） 锚杆布置 每排布置4 根玻璃钢锚杆 （椎18mm 2 000 mm） ， 锚杆间距 1 000 mm， 排距 1 000 mm。帮 顶角锚杆距离顶板为 250 mm， 帮底角锚杆距底板为 250 mm。 2） 打眼木托板 椎160 mm400 mm。 3） 网片规格 3 400 mm1 100 mm 尼龙网。 用16 号铅丝联接， 双丝双扣， 孔孔相联。 4支护效果的验证 为了验证上述支护方案是否能够达到较为理想 的支护效果， 在巷道内每隔 30 m 设定一个观测点对 顶板离层量、 表面收敛量等参数进行监测。 具体监测 结果如下 1 号监测点顶板的最大沉降量为 34 mm，最大 沉降速度为 7 mm/d； 2 号监测点顶板的最大最大沉 降量为 17 mm， 最大沉降速度为 4 mm/d； 3 号监测点 顶板的最大最大沉降量为 52 mm，最大沉降速度为 11 mm/d； 4 号监测点顶板的最大最大沉降量为 45 mm， 最大沉降速度为 18 mm/d。 综上所述，在对四个监测点长达 120 d 的监测 中发现， 巷道顶板的最大沉降量为 52 mm， 最大沉降 速度为 18 mm/d。上述变形量及变形速度均在允许 范围之内， 且满足 煤炭安全规程 的巷道支护变形 要求[5]。即说明本文针对复合顶板动压巷道所设计 的支护参数是合理的， 可对巷道进行有效支护。 5结语 巷道支护效果和质量一直以来是影响工作面是 否能够安全生产的关键， 也是最为直接的影响因素。 尤其是针对特殊顶板巷道而言，由于其顶板的动载 荷特性相对复杂， 为其支护效果带来了一定的难度。 因此， 针对复合顶板动压巷道而言， 为保证其巷道支 护效果和质量采用锚杆 锚索 金属丝网 金属梁 的联合支护方式，并根据巷道形状及动载荷特性设 计锚杆、 锚索的长度和密度， 设金属网网格的尺寸和 金属网的面积，为工作面的安全生产奠定扎实的基 础。此外， 还可采用试验巷道监测 （下转第 166 页） 申鹏 复合顶板动压巷道锚杆支护技术的研究 163 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 力的影响， 控制留巷的变形。 5结语 东曲矿在 22803 综采工作面采用沿空留巷开采 工艺不仅能够使煤炭回采率得到最大限度的提升， 同时还能够保证井下的安全生产；解决受留巷影响 综采工作面推进速度慢和巷道受矿压影响破坏严重 等问题， 大幅提升矿井的服务周期， 实现矿井安全高 效开采。 参考文献 [1]贺敬平， 王文星， 刘磊.留窄小煤柱沿空留巷在综采工作面的成 功应用[J].山东煤炭科技， 2019， 224 （4） 59-60； 63. 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According to the analysis of the effect of retaining roadway, it can be seen that the pressure on the inner part of the filling body changes at 10 m behind the working face, and when the pressure is pushed to 80 m, the pressure begins to strike smoothly, and the maximum subsidence of the roof of the roadway during the mining period For 200 mm,, the roof deation of the retaining roadway is within the controllable range, and the roadway meets the requirements of use to realize the safe and efficient mining of Dongqu Mine. Key words fully mechanized mining face; along the roadway; small coal pillar; mining efficiency 的手段验证所设计支护参数的有效性，进而判断是 否需对支护参数进行优化。 参考文献 [1]白杰， 刘爱卿.复合顶板强烈动压巷道全锚索支护技术研究[J]. 煤炭技术， 2009， 37 （11） 30-32. [2]娄金福.动压巷道离层变形特征及支护技术研究[J].煤炭科学 技术， 2010 （4） 9-13. [3]郭相平， 张占涛.复合顶板动压巷道锚索失效机理及合理预应 力研究[J].煤炭工程， 2015， 47 （11） 48-51. [4]常聚才.深井复合顶板回采巷道支护技术研究[J].煤炭科学技 术， 1998 （6） 60-63. [5]张良海， 原明星.复合顶板巷道预应力锚杆锚索桁架支护技术 [J].煤炭科学技术， 2009 （11） 18-20. （编辑 赵婧） Research on Bolt Support Technology of Composite Roof Dynamic Pressure Roadway Shen Peng （Changcun Coal Mine of Luan Group, Changzhi Shanxi 046102） Abstract In view of the complex dynamic load characteristics of the composite roof dynamic pressure roadway and the complex roof rock feature, which leads to the difficulty of supporting and the poor supporting effect, the characteristics and deation mechanism of the composite roof dynamic pressure roadway are studied based on the analysis of the roof floor condition and coal seam condition in Changcun Coal Mine of Luan Group. The field monitoring shows that the supporting effect and quality of the designed support scheme meet the working requirements. Key words composite roof; anchor; anchor cable （上接第 163 页） 166