深水平煤巷锚网支护技术及优化管理.pdf

第 1期 2 0 0 8年 3月 水 力 采 煤 与 管道 运 输 HYDRAUL I C C OAL MI NI NG PI P ELI NE TRANSP RTATI N No．1 M fi r ．2OO8 -屎 水 平 煤 巷 锚 网 支 护 技 术 及 优 化 管 理 张 玉 宽 大 屯煤 电 公 司 姚 桥 煤 矿 江 苏 徐 州 2 2 l 6 l 1 摘 要 介 绍 了姚 桥 煤 矿 煤 巷 实施 锚 网 支护 出现 断锚 杆 、 顶 板 网兜 、 撕 裂 钢 带 、 局 部 巷 道 出现 变 形 严 重 甚 至 冒顶 等现 象 ， 经现 场分 析 采 取 了优 化 和 改 进措 施 。 关键词 煤巷 锚 网支护 参数优化 中图分类号 TD 3 5 3 ． 6 文献标识码 B 文章 编号 l O O 6 0 8 9 8 2 0 0 8 0 l 一0 0 0 4 一O 3 1 问 题 的提 出 姚 桥煤 矿 今 年 采 深 将 达 到 一 7 4 6 ～ 7 7 0 m 中 央 采 区 7 0 0 9综 放 面 ， 开 采 深 度 较 大 ， 从 l 9 9 9年 在 新 东 四采 区 7 5 0 7综放 工作 面 顺 槽 开 始试 验 采 用 煤 巷 沿 底 板 锚 网带 施 工 技 术 以来 ， 在 煤 巷 锚 网支 护 方 面 获 得 了 较 大 的 成 功 和 可 观 的综 合 效 益 。但 随 着煤 巷 锚 网 工 作 的深 人 开 展 ， 尤 其 是 沿 空煤 巷 推 广使 用 锚 网 支 护 以后 ， 现 场 不 同程 度 出 现 断锚 杆 、 撕 裂 钢 带 、 顶 板 下 沉 网兜 、 巷 道 两 帮 位 移 显 著甚 至是 冒顶 等 ， 如 不 及 时 有 效 地 解 决 这 些 问题 ， 将 会 对 矿 井 的安 全 生 产 和 经 济 社 会 效 益 产 生 极 大地 影 响 。 2煤 巷 断 锚 杆 、 撕 裂 钢 带和 顶 板 离层 原 因分 析 沿 空 煤 巷 锚 网 支 护 实 践 过 程 中出 现 断 锚 杆 、 断 锚 索 、 撕 裂 钢 带 和 顶 板 下 沉 网 兜 等 现 象 ， 如 东 七 采 区 7 5 3 3 、 中 央 采 区 7 0 0 7综 放 面 顺 槽 ， 实 体 巷 道 如 东七 采 区 的 7 5 3 5综 放 工 作 面 上 顺 槽 也 有 所 发 生 ， 给煤 巷 的锚 网 支 护 巷 道 埋 下 了 极 大 的 安 全 隐 患 。从 实 际 出 发 ， 通 过 现 场 调 查 ， 发 现 产 生 上 述 破 坏 的原 因有 以下 几 点 。 2 ． 1 顶 板 岩 层 结构 的原 因 经现 场 顶 板 离 层 仪 观 测 及 从 掘 进 迎 头 揭 露 的 岩 层 状 况看 ， 在 煤 层 与 直 接 顶 之 问有 一 层 异 常 软 弱 的 夹 层 ， 厚 度 约 2 0 0 mm 左 右 ， 遇 水 成 泥 状 ； 另外 ， 直 接 顶 与 煤 层 之 间 胶 结 强 度 较 小 。 煤 层 厚 度 在 4 ． 8 ～5 ． 3 m， 巷 道 高 度 在 2 ． 6 ～3 m， 锚 杆 长 度 为 2 m， 锚 杆 锚 固 在 直 接 顶 与 煤 层 、 软 弱 层 之 问 ， 这 是 造 成 顶 板 离层 的 主要 原 因 。 2 ． 2巷 道 支护 方 面 的 因素 ① 顶 部 锚 杆 长 度 偏 短 。锚 杆 长 度 为 2 m， 锚 杆锚 固 的范 围处 于 容 易 离 层 的 岩 层 的 下 方 ， 说 明 锚 杆 偏 短 ， 有 必 要 加 大锚 杆 长 度 。 型是 一项 基 础 性 工 作 ， 具 有 重 要 的实 用 意 义 。 2 上 述 各 模 型 在 结 构 复 杂 程 度 、 包 含 系 数 和 参 数 的多 少 及 其 获 取 难 易程 度 等 方 面 ， 以谢 克 模 型 、 库 塞 拉 模 型 和 拉加 尼 模 型 相对 较 优 。 3 鉴 于现 有 成 果 尚 不 能 满 足 多 种 管 材 和敷 设 环 境 的预 测 要 求 ， 需 在 进 行 更 多 系统 的 试 验 研 究 和更 广 泛 收 集 管 道 腐 蚀 速 率 数 据 的 基 础 上 开 发新 的精度更 高 的预测模 型， 以满足我 国工程应 用 的需 要 。 参 考 文 献 [ 1 ] R ． S a d l q e t a l ，Re l i a b i l i t y A n a l y s i s o f R e g l o n a l Wa t e r D i s t r i b u t io n S y s t e ms ，J o h n W i l e y I n c N Y，2 0 0 4 [ 2 ] R ． S a d i q． B． Ra j a n i e t a 1 ．Pr o b a b i l i t i s t i c R i s k An a n y s i s o f Co r r o s io n As s o c i a t e d Fa i l ur e s in Ca s t I r o n Wa t e r Ma i n， J Re l ia b i l i t y En g i n e e r ing a n d S y s t e m S a f e t y，Vo 1 ． 8 6。 1， 2 0 04 [ 3 ] K ．Ka s a h a l a e t a l ，D i a g r n o s i s f r o m t h e Gr o u n d L e v e l o f t h e 4 Ex t e n t o f Cr o s s i o n Da me g e o n Bur i e d St e e l Ga s S e r v i e d s ， 4 t h As i a n～ P e c i f i c Cor r o s i o n Co n f e r e n c e 。Vo L 2。To k y o．1 9 85， Ma y [ 4 ] W．Gr a s e t a l ，T h e Co r r o s io n R e s i s t a n c e o f C a s t I r o n P i p e s wi t h S p e c i a I Re f e r e n c e t o Du e t i l e l r o n． I n t e r n a t lo n a I W a t e r S up p l y As s o c ia t io n ． Vo 1 ． 2 Re p o r t NO 6。 l 9 6 9 [ 5 ] E ． S ．S e a r s ，C o mp a r is o n o f t h e S o i l C o r r o s i o n R e s i s t a n c e o f Du c t i l e I r on Pi p e a n d G r a y Ca s t l r o n Pi p e ， Ma t e r i a l Pr o d e c t i o n。1 96 8，Oc t [ 6 ] 曲慎 扬 等 编 著 ， 原 油 管道 工程 ， 石 油 工 业 出版 杜 ． 北 京 ， l 99I 作 者简介 丁宏达 I 9 3 7 ～ ， 男， 教授 级 高 级工 程 师． 1 9 6 0年毕 业 于 清 华 大学。 收 稿 日期 2 0 0 7 0 8 1 9 维普资讯 第 1期 张玉宽 深 水平煤 巷锚 网 支护技 术及优 化管 理 2 0 0 8年 3月 ②锚 杆 的 预 紧 力小 。锚 杆 的 支 护 初 期 ， 预 拉 力 的大 小 是 控 制 顶 板 离 层 的 关 键 因 素 之 一 。锚 杆 没有 采 取 合 理 的减 摩 措 施 ， 钻 机 的扭 矩 被 锚 杆 托 盘 与螺 母 之 间 的摩 擦 力 消 耗 一 部 分 ， 致 使 锚 杆 的 预 紧力 很 小 。锚 杆 在 没 有 合 适 预 紧 力 情 况 下 ， 顶 板 发 生 变 化 以后 ， 锚 杆 才 受 力 起 作 用 ， 巷 道 顶 板在锚杆没有起作用之前就发生变形 离层 。 ③采用 的 w、 M 型钢 带的 刚度和强 度偏 小 。 钢带是保证锚 固区内顶板完整 ， 增强锚 杆整体作 用 ， 要 求 钢 带 既 有 一 定 的 强 度 和 柔 性 ， 又 有 一 定 的 刚 度 。W 、 M 型 钢 带 的 特 点 是 有 较 小 的 护 顶 面 积 ， 厚 度 较 薄 ， 强 度 和 刚 度 都 比较 小 ， 在 东 七 采 区 7 5 3 5 、 7 5 3 3顺 槽 施 工 时 发 生 钢 带 被 锚 杆 及 托 盘 撕 裂 ， 锚 杆 间形 成 网 兜 现 象 ， 就 是 这 种 原 因 造 成 的 。W 、 M 型 钢带 不 能 适 应 姚 桥 煤 矿 深 井 高 地 压煤 层 的护 顶 支 护 。 ④ 构 件 匹 配 不 合 理 。锚 杆 、 锚 索 的 断 裂 主要 是 因 锚 杆 螺 纹 部 位 受 托 盘 的 剪 切 破 坏 造 成 。 断 裂 锚 杆大 多 发 生 在 距 帮 部 的 第 l根 或 第 2根 ， 从 杆 的 断裂 痕 迹 观测 有 明 显 的剪 切 破 坏 痕 迹 ， 无 拉 的 颈缩 现 象 。造 成 这 种 破 坏 是 由 于 锚 杆 的螺 母 、 盘及 钢带 之 间 匹 配不 合 理 引起 的 。 3 对应 力集 中 区的 煤 层 巷 道 支 护 的 改进 措 施 3 ． 1 锚 杆 参数 与 配套 件 的 优 化 为 了避 免 煤 巷 顶 板 离 层 破 坏 ， 针 对 上 述 存 在 问题 ， 在 设 计 上 主 要 采 取 以 下措 施 。 ① 顶 板 采 用 6根 、 杆 径 2 2 mm 左 旋 无 纵 筋 螺 纹 钢 原 来 为 普 通 螺 纹 钢 高 强 锚 杆 ， 杆 的破 断力 超过 2 4 0 k N， 锚 杆 长 度考 虑煤 层 地 质 和施 工 难 度 等 因素 由原 来 的 2 ． 0 m 增 长 到 2 ． 2 m， 配塑 料 阻 尼 螺母 、 金 属 垫 圈 、 塑 料 垫 圈 ， 锚 杆 实 现 一 次性 快 速 安 装 ， 并 能 增 大 锚 杆 的预 紧 力 。 ② 选 用 梯 型 钢 板 粱 带 替 代 W 、 M 型 钢 带 ， 增 大 了钢 带 的 强 度 和 刚 度 ， 使 钢 带 既 有 较 好 的 护 顶 效 果 ， 又 有较 强 的 锚 杆组 合 支 护 能 力 。 ③ 为 了 保 证 巷 道 能 够 承 受 综 放 工 作 面 的 动 压 影 响 ， 在 巷 道 的 中 间 每 隔 1 ． 6 m 按 “ 2 3 2 ” 布置方式打 2根锚索 ， 锚索 长度为 7 ． 2 m， 初 始预 紧力 为 8 0 k N 以上 。 ④ 巷 道 的 帮 部 用 4根 无 纵 筋 1级 西2 O 2 0 0 0 mm 螺 纹 钢 锚 杆 ， 杆 体 的 破 断 力 1 7 0 k N 以 上 ， 锚 深 为 1 ．8 m， 上 部 第 l根 布 置 在 顶 板 以下 不 大 于 2 0 0 mm， 第 4根 锚 杆 布 置 在 底 板 以 上 4 0 0 mm 左 右 位 置 ， 为 配 合 顶 网 ， 钢 筋 网 帮 为 菱 形 网联 合 支 护 。 ⑤ 所 有 的 锚 杆 均 采 用 全 长 锚 固 ， 提 高 锚 杆 的 粘 着 性 ； 锚 杆 的 预 紧力 矩 不 小 于 l 5 0 Nm， 加 大 对 煤 壁 预 压 力 ， 增 强 煤 壁 边 界 的稳 定 性 。 3 ． 2 煤 巷 锚 杆 支护 施 工 工 艺 改 进 施工准备 进行安 全检查 、 设备检 查 与维护 、 物 料 准 备 等 工 作 ； 综 掘 机 掘 进 落 煤 、 出煤 ， 掘 进 循 环 进 尺 按 现 场 地 质 情 况 进 行 灵 活 控 制 ， 确 保 不 超 掘 ， 进 行 科 学 的临 时 支 护 及 相应 的永 久 支 护 。 3 ． 2 ． I安 装 顶 板 锚 杆 临 时 支 护 联 结 好 顶 网并 托 好 梯 型 钢 板 梁 ， 打 顶 板 锚 杆 孔 ， 在 掘 进 头 配备 2台 大 扭 矩 和 大 推 力 的锚 杆 钻 机 钻 顶 眼 ， 以便 平 行 作 业 。 采 用 锚 索 钻 杆和直径 为 西 2 7的钻头 ， 按 T型钢带孔位 由巷道 中 问 向 两 帮 打 锚 杆 孔 ， 巷 道 顶 板 锚 杆 孔 深 2 l 3 0 mm。 打 完 顶 板 锚 杆 孔 后 开 始 安 装 锚 杆 ， 送 树 脂 药 卷 穿 过 梯 型 钢 板 梁 孔 眼 向 锚 杆 孔 装 入 C K2 3 6 0和 K2 3 6 O的 树 脂 药 卷 各 l卷 ， 用 锚 杆 慢 慢旋转将树脂药卷推人孔底 ， 快 速搅拌树脂 2 0 s ， 搅 拌 完 成 后 原 地 停 机 2 0 S ， 接 着 紧 固锚 杆 ， 再 次启 动 钻 机 旋 转 ， 锚 杆 螺 母 在 钻 机 的 带 动 下 挤 出塑 料 阻 尼 ， 托 盘 快 速 压 紧 顶 板 岩 面 ， 直 到 尼 龙 垫 圈挤 压 到 严 重 变 形 或 钻 机 不 能 旋 转 为止 ， 使 锚 杆 具 有 较 大 的预 拉 力 ， 顶 板 锚 杆 的 安 装 、 注 、 搅 、 紧 固一 次快 速 完 成 。另 一 台锚 杆 钻机 在 距 迎 头 2 ． 4 m 处 平行作业打锚索 ， 锚索必须在 顶板产 生离层前 打 上， 并 确 保 锚 索 的 预 拉力 不 小 于 8 0 k N。 3 ． 2 ． 2安 装 帮 锚 杆 要确保巷道揭露煤 体能及 时支护 ， 必 须最大 限 度 地 平 行 作 业 ， 安 装 顶 板 锚 杆 从 左 到 右 ， 安 装 帮 部 锚 杆 则 从 右 到 左 ， 可 以实 现 顶 、 帮 平 行 作 业 。 打 巷 道 帮 锚 杆 孔 ， 采 用 煤 钻 ， 2 0 0 0 mm 长 钻 杆 ， 西 2 7 mm 钻 头 ， 打 l 9 3 0 mm 深 钻 孔 ， 打 帮 锚 杆 的 顺 序 是 由 上 到 下 。 打 孔 完 成 后 开 始 安 装 树 脂 锚 杆 ， 向 钻孔 内装 入 C K2 3 6 0 l卷 ， 用 锚 杆 慢 速 旋 转 将 树 脂 药 卷 推 人 孔 底 ， 快 速 搅 拌 树 脂 2 0 S 。 帮 部 紧 固 锚 杆 与搅 拌 树 脂 的工 序 是 分 开 的 ， 有 两 个 方 面 的 原 因 一 是 5 O型风 动 煤 钻 扭 矩 小 ， 不 能 给 锚 杆 一 个 较 大 的 预 紧 力 ； 二 是 为 了 节 省 时 间 ， 帮 部 锚 杆 根 数 为 8根 ， 顶 部 只 有 6根 ， 如 不 加 快 帮 部 锚 杆 的 施 工 ， 就 不 能 做 到 真 正 意 义 上 的 平 行 作 业 。帮部紧固锚杆 由专人 完成 ， 采 用 自制 的扳 机 紧固帮部锚 杆 ， 使锚 杆螺母的塑料 阻尼垫 圈挤 到 5 维普资讯 第 1 期 水 力采煤 与管道 运输 2 0 0 8年 3月 严重变形 为止 ， 托盘压 紧煤壁 ， 使 锚杆 具有较 大 的 预拉 力 。 4 煤巷锚网支护材料加工工艺的改进措施 实施煤 巷锚 网支护 工艺 必须 把 好锚 网支 护 材 料关 ， 规 范支护材 料 的加 工 ， 并 不断根 据现 场 反馈 的信息改进锚 网支护材料 ， 使之 适用现场 的 要求 ， 确保锚 网支护技术的可持续发展 。 4 ． 1 锚 杆 的 选 材 与加 工 锚 杆 杆 体 的 强 度 直 接 影 响 锚 固 范 围 内 对 围 岩的支护阻力 的大小 ， 从 而影 响锚 固范 围内围煤 的承载能力 和锚 杆 的支护效 果 。顶 板 锚杆 杆材 选 用 2 2 mm 左 旋 无 纵 筋 Ⅳ 级 螺 纹 钢 ， d 6 3 0 MP a ， 破 断 力 2 4 o k N， 螺 纹 区 采 用 滚 丝 以确 保等强加工 ， 采 用抗扭 为 J 2 O ～ l 6 O Nm 的螺母 。 帮 锚 杆 杆 材 选 用 c 1 2 0 mm 左 旋 无 纵 筋 Ⅳ级 螺 纹 钢 ， d 5 7 0 MP a ， 破 断 力 l 7 0 k N， 螺 纹 区采 用 滚 丝 等 强加 工 ， 螺 母 抗 扭 扭 矩 为 6 O ～ 9 O Nm。根 据 实 践 经 验 ， 螺 母 的 材 质 也 至 关 重 要 ， 螺 母 的 强 度 低会使杆体强度得不 到发挥 ， 宜选用 4 5 碳 素钢 加工 的螺 母 ， 满 足 高 强度 锚 杆 的要 求 。 4 、 2钢 带 与锚 杆 托 盘 的改 进 锚杆 、 钢带 和托盘是煤巷锚 网支护 的有机统 一 体 ， 任何 一方 达不 到要求 ， 都 有可 能导致 支护 系统 的 失 败 。护 顶 的 钢 带 必 须 有 一 定 的 强 度 和 刚度 ， 同时 ， 还 需 要 有 一 定 的 柔 性 ， 适 应 煤 顶 的起 伏 变化 ， 在 锚 杆 预 紧 力 的 作 用 下 钢 带 能 紧 贴 顶 板， 由此 ， 采用梯 型钢板 梁替代 W、 M 型钢带 ， 考 虑 到 锚 杆 孔 处 的 强 度 ， 均 采 用 1个 5 l 0 0 l 0 0 mm 铁 托 盘 原 顶 锚 杆 不 加 铁 托 板 ， 在 托 盘 的 中 央 压 出 直 径 1 0 0 mm 球 面 ， 提 高 其 受 力 抗 变 形 的效 果 。 4 ． 3其 他 配 套 材 料 的改 进 为 了防 止 钢 带 及 锚 杆 之 问 的 煤 体 松 散 出 现 网兜 ， 顶板 采用钢筋 经纬 金属 网 ， 过去 用菱形 网 曾经 出现网兜 ， 因处理 网兜 冒过顶 。帮采用 菱形 网 。用 J 6 铁 丝 双 股 隔 孔联 网 以抗 撕 裂 。 为及 时释 放 煤 体 应 力 ， 减 少 对 支 护 系统 的 直 接 破 坏 ， 在 铁 托 板 与 钢 带 之 间 加 一 块 2 0 02 0 0 5 0 mm 木 托 板 经 施 工 现 场 实 测 效 果 极 为 显 著 。 5煤巷锚网支护质量管理和检测手段 建立规范的煤巷锚 网支护 质量 管理体 系， 建 6 立 从 材 料 进 货 、 加 工 、 储 运 到 现 场 使 用 全 方 位 的 监 控机 制 ， 层层 落实 责任 ， 使 预期 的 目的能 得到 落实 。业务 部 门必须 加大 对煤 巷锚 网支护 巷道 的检查 力度 ， 对 不合格 的锚 杆必须 补打 ， 并 予 以 处罚 ， 做 到“ 一 事 故、 一 分 析 、 一 考 核” ， 实现 合格 率 l O O 。对煤 巷锚 网支 护顶 板离层 进行 监测 ， 将现场测试 数 据输 入计算 机 进行 数据 的处 理和 分析 ， 做好 前馈 和反 馈控制 ， 为领导 的科学 合理 决策提供 精确 的 信息 。按 要求 布设 顶板 离层 监 测 仪 ， 确定 顶板 离层 安全 临界值 ， 达 到临界 值必 须及时采用适宜的支护手段进行加强支护 。 6 结 论 ①煤巷锚网支护技 术是一项 系统工 程 ， 从地 质 条 件 、 设 计 、 材 料 加 工 、 施 工 管 理 、 现 场 监 测 等 进 行 全 方 位 控 制 ， 才 能 确 保 此 项 技 术 的可 持 续 发 展 和 应 用 ， 否 则 功 亏一 篑 。 ② 深 井 高 地压 应 采 用 高 强 锚 杆 ， 锚 杆 杆 材 要 有 较 大 的延 伸 量 ， 其 延 伸 率 ≥ l 7 ％ 。 ③锚杆必须有较 大 的预 紧力 ， 在煤 体没 有发 生 变 形 之 前 ， 给 煤 体 一 个 较 大 的 约 束 ， 使 之 有 一 个 稳 定 的边 界 条 件 ， 控 制 变形 的进 一 步 发 生 。 ④建立煤 巷锚 网支 护监 控机 制 ， 规范管 理与 施工 ， 确保 技术要求能不折不扣地得到落实 。 ⑤ 提 升 矿 压 工 作 的 地 位 ， 必 须 矿 领 导 重 视 ， 中层管 理者 支 持 ， 成 立 矿 压 监 测 计算 机应 用 队 伍 ， 做好巷 道 表面位 移 、 锚 杆受 力 、 锚 索受 力 、 煤 体相对应力变化 、 顶板 离层指示仪 、 锚 固力拉拔 、 锚杆预紧力矩的观测试验 和检测工作 。 ⑥姚桥煤矿 实施 煤 巷锚 网支 护全 过 程 的监 控 ， 以及 到华 丰矿、 唐 山矿 、 北 皂矿等兄弟单 位进 行 调 研 ， 煤 巷 锚 网 支 护 技 术 上 了 一 个 大 台 阶 ， 工 程质 量稳定 可靠 ， 经受 了深水 平高应 力 的考验 ， 满 足 了综 放 工作 面 简 化 端 头 支 护 ， 实 现 快 速 推 进 的 要 求 。 作者 简介 张玉 宽 1 9 6 8 一 ， 男，l 9 9 0年 毕 业 于 徐 州 煤 炭 工 业 学校 ． 2 0 0 1牟 山东科技 大学采矿 专业进 修 毕业 ， 2 0 0 6年 7月 自学考 试 管理工程 专业毕 业 ． 工程 师 ， 先 后从 事采 煤 、 工程设 计 掘进 技术 管理 工作， 现在 娥桥煤矿 生产技 术科从事技 术管理 工作． 收稿 日期 2 0 0 7 一l l 一0 6 维普资讯