续采煤机房柱式采煤方法的岩.pdf

、 迈 届 微 』连续采煤机房柱式采煤方法 的岩层 控 制技 术及 其 主要 参数 的确 定 李 芳成 黑 龙江 矿业 学 院 1 8 | ’ 一 、前 言 就井工开采方式而言，可以分为长壁、短壁和房柱式三大类。而现代机械亿采掘设备 均 已 具 备 落 、 装 ， 运 组 合 机 能 而 达 到 连 续 作 业 的 效 果 。 连 续 采 煤 机 c o n t i n o u s Mi n e r s 一 般用 于房柱 式 开栗 的设 备 。 目前它 已在美 、 澳等 国家得 以广泛应 用 ，而 所用 的采煤 方法 也有 多种类 型。为简 便起 见统称 为连 续采煤 机房柱式 采煤方 法。它 在我 国的应用 尚属初级 阶段 本 文根据该 种 采煤 方法在 鸡西 矿务局小 恒 山矿 的实 际应用情 ’ 况 ，结合 对 生产 中五次 顶板事故 的分析 ，研究 了顶板 冒落及锚杆 的作 用机理 ；并 就 岩层控 制技术及 其 主要 参数的确 定 ，提 出 了相应 的看法 与建议 。 二 、采 煤 方 法及 矿 房支 护 ． 采区巷道布置如 图 1所示 。 自采 区人 口平行 掘三条基本巷 ，其宽度 为 4 0 ～6 ． O m 不等 ，可根 据用途 上的差 异而定 。每隔 2 0 m 用 横贯 连 通 。 各 巷 道 交 叉 口 的形 式分 别 有 十字 型 ， 品字 型 和斜 交三 种 。 实际上这 几种 类型是在 生产 实践 中逐 步 改 造而成 的 ，由基 本巷道 再 开掘区段集 中巷 到采 区边界 ， 见图 2 。 凰l 采 区巷 道布 置 图 罔 2区段 巷 道布 置 图 然后将区段集中巷两侧煤层 划分为适当尺寸的若干区段再按一定的顺序 回采各区段。 维普资讯 巷 道或矿房 支护分 临时 支护 ％永久 支护 。掘进巷 道时 ，随着 采 煤机的前 进， 沿巷逆两 帮打贴 帮柱作 为临 时支 护 ，采煤 机 完成 一 个割煤 循环 后退 出，巷 道 中部也 打 临 叫支护 。 巷 道 永久 支护采用 树 脂锚 固 的金属锚 杆 和 “ W 型托 盘 或钢 带 。锚 杆 长度 先后 采 用过 1 ． 2 0 m、 l 4 0 m 和 1 ． 6 0 m，其 原因后 文将论述 。 三 五次 顶 板 事 故 及 分析 在 生 产 实 践 中先 后 曾 发 生过 五 次较 大 规 模 的 顶 板 冒 落 事 故 详 细 情 况 见 附 ；i 壬 ， 具 体 冒 顶 位 置 在 图 l中 已给 J f j 。 五 次顶 板 事故 调 查表 序 号 冒顶时 间 冒匝件 ‘ 佑瓜厦 囡 【 要 冒顶 预兆 凰 板岩 层讨 蒋聪 状 I 98 6 拄 l 1 6 【 ． 2 m 确I 时间过 I 之 ， 即永 九 顶扳 声 响 掉碎 石块 ， 占 L i 毒 支 护 滞 后 肘 削 长 达 24 发 现 异 样 现 象 到 冒 顶 约 3月 1日 一长 x宽 高 ／N I,j 持 续 7分 钟 左 右 I 98 6 拄 I 3 8 I 1 6 m 锚 扦质 量戈 佳， 致 使 锚 固 谈欢 冒顶 事故 发生 在 叁 扦端头锚固力不足同 回风道中，尤在场，放 4片 20日 长 宽 高 时锚杆长度过小 征 E情况不详 1 98 6 枉 【 7 2 5 m l司上 l司 上 、 金 6 月 5 H K x 宽 I钔 - 1 2 2x 】 1 3 顶 扳 下 沉 驯 盟 蚺 太 ， 当 1 fi { 由 于 断 层 裂 隙 ，术 线 等 时 采 取 r 补 打 锚 杆 的 措 企 四 3 4m 8 儿 1U l 固 索 影 响 施 ，但 来 见 技 鳋 5 五 后 长 x宽 x商 冒落 锚 杆 下 端 丝 扣 强 度 不 足 蘸 釜 It986年 1882 3m 产 生 脱 扣 现 象 ， 同 时 锚 埙 板 下 沉 量 明 显 变 太 ， 五 螺 母 破 坏 我 扣 “W ” 10 24 日 长 x宽 x商 杆 端 头 药 卷 与 岩 孔 阃 型 托 盘 变 形 破 坏 ． 存 在 异 物 备 注 上 五谯 顶饭 冒蒋 均未 发生 人身 伤亡 事故 根据 对上述五 次顶板 事 故的现场调查 及分析得 出以下 几点结论 1 锚 杆上端 锚固力 不足， 原 因是有 相 当一部分 的钻孔 中药卷 与岩壁 问存在异 物 ．主 要是 药卷包 装塑料 皮另 外 由于挡 药盘尺 寸过小漏药 量大 ，造成药 不满孔 ， ’ 从而产 生锚 固 力 下降 。同时有部 分药卷 质 量也达 不到要求 2 锚 杆下端 螺丝 、螺 母强度 不足造 成丝扣破 坏而使锚 杆失去 承载能力 。 3 锚 杆支护滞 后时 闻过长 ，造成打锚 杆时顶板 已产生 相当程 度 的离层 4 锚 杆安装 工艺造成 的无 预紧力，致 使锚杆受 力前顶板 将产 生一定 程度的离 层 、即 锚杆 的等劲 现象 ，原 因有螺 母 与“ w 钢板 间存在 间隙和锚杆 杆体 不直等 因素 。 5 锚 杆之 间无 联系 ，初期 只采 用 。 w ” 钢托盘 6 锚杆 长度和 密度确 定均不 能适应直 接顶厚 度 的变化 ，尤其 在地质 构造影 响 区未采 取 有 效的加 强支护措 施。 维普资讯 四 、顶 板 控 制改 进 措 施 通过对 几次 冒顶 一 的分析 ，对其进行 了逐一 改进 ，具体做 法如下 1 增 强 锚 固 力 ， i 采用 加 长 锚 固 段 的 办 法 ， 由 原 2 5 0 ram 加 长 到 5 0 0 ram 绎 拉 拔 试验 锚 固力 均达 到 6 以 同时 为 了解决 药卷 与岩 壁 仔住包 装 塑料 阔题 ，特增 加 ， 药卷 的搅拌 时 间。 2 为增强 锚扦 下端 的锚杆与 螺 I ；毕 阀 的接姐强度 ，故采 用 了双 螺母加 固 的方式 。后经 拉拔试 验 证 明，烈螺 母强度 一般均 达到 6 ． O t 以上 。 3 为减 少锚杆 支护滞后 时 间， 采用小进 度 ，多循 环 的方 法加 以解决 。 4 改革锚杆的安装工艺，使之产生预紧力，避免锚杆的等劲现象。同时把原来的 w 型 钢托盘 改 成 w 长钢带 ，从 而增 强 了锚杆之 间的 联系 ， 即采用 了火 号托盘 垫 于 钢 带之 下。 5 加大 锚 杆 长度 ， 即从 原来 的 1 ． 2 0 m 分 别 先后加 长 到 1 ． 4 0 m 和 1 ． 6 0 m。 同时 增大 了锚杆 密度。 6 在地 质构造 区域采取 加强支护 的方式 增强 支护强度 。 7 改变巷道 交叉 口的形式 ，先后 十字 型改 成 品字型和斜 交形式 ，从 而 大大地 减少 了 交 叉 口的 面 积 通过 对其采取 了上述 各措施后 ，顶顿 至今 尚未 发生较 大面积 的 冒顶 事故， 可 以说是 基 本 成功地 控制 了顶顿，这 里当然 不排除其 它因素 的影响 与共同作 用。 ． 五 、 主 要参 数 的选 择 1 ． 巷宽 根据实鼹 验鸡f f』 巷道宽度一般不宜大于 6 ． O m 豫特殊需要 其计算公式 舟 ． ⋯ 一2 a 1 式 中 为 顶 岩 梁 厚 度 ； ， 为 岩 粱 抗 托 强 度 极 限 ； “ 裂隙影 响系 数 ； 口 ～荦侧煤壁 片帮 深度 。 根据小恒 山的具 体条 件 按 1 式求得 的巷道 宽度 为 6 ． 3 m。 2 ． 煤柱 宽度 从维 护巷道 的 角度 出发 ， 根据小恒 山矿的实 践得 出护巷煤 柱的 宽度 不宜 小 于 l O m， 其计 算公式 可采 用威尔 逊求 算 法， 即 W ／3 2 h H 1 0～ 一[ ／3 2 h H x 1 0一 一 ／34 h H 1 0 ] 2 2 式 中 谋 柱 宽度； 老 道 宽 度 ； 巷 高； 巷 道距 地表距 离 维普资讯 3 ．锚 杆长度 根据实 际经验得 出锚杆 的作用 为组合 梁作用 ，其计算公 式可 采用 L -- L 。 一 一 1 0 0 -- R M R 式 中 锚杆全 长； 锚 固段长 度； 巷 道宽度 RMR 岩 石稳定 性指标 ，可 根据 试验 得 出。 根据小 恒 山的 具体条 件可求 得锚 杆长度 为 1 ． 6 0 m。即 当 6 m， 厶． 0 ． 2 5 m， RM R5 5 中等稳定 岩层 时时 ，可 由 3 式求得 L1 ． 6 m。 4 ．锚 杆密 度 园该 种 采煤 方法 在我 国 应用 属首 次 ，故 参考 国外经 验进 行确 定 ， 即锚 杆 间距 取锚杆 长度 的一半 ，后来 经过实践 证 明只要锚杆 的密度 满足下式 要求， 同 时保证 足 够 的预 紧力即可 很好 的维 护顶板 的稳定 。即 Ⅳ ‘ 。T ‘ ， ≥ f 【 4 式 中Ⅳ- 肆 位 面 积 内锚杆 的根数 ； 每 根锚 杆的锚 固夹 紧面积； 每 根锚 杆 的预 紧力 ； 层 间的摩 擦 系数 一 岩层间的 最大剪 切应 力 5 ．锚 杆 强度 关 于锚 杆承 受 载荷 的大小 有多 种 求算 方法 ，但 为 了安全起 见 取 其最危 险 的情况进 行设计 ，假设直 接 坝岩 层 或受 锚周岩层 的全 部重量 由锚杆悬 吊，则 有 P盯’ ，’ 工 。 工 ’ f 5 1 式 中 P _ 隼 卣 杆 承 载 ； 安 全 系数 ； 卜 岩 石 容 重 ； 受 锚固岩层 高度 ； L1 锚 杆排 距 ； 锚 杆间距 总 之， 在试 验生产 过程 中各种 参数 的确定均 根 据实践 逐步地 进行调 整 、修改 和完 、 逐 步找到 了适合小 恒 山矿 的 比较 合理和安 全 、经济的 参数 ，但 尚属经 验性 的 和借用前 人 的成 果进行设计 ， 至于更 先进更 科学 的设计 方法还有待 进一 步研 究 与试 验 。 维普资讯