深部开采巷道的锚杆支护技术分析.pdf

3 4 煤矿机电 2 0 1 3 年第2 期 深部 开采巷道 的锚杆支护技术分析 王选峰 义马煤业集团公司，河南 渑池 4 7 2 4 3 1 摘 要 由于多年的开采 ， 浅部易开采的煤炭资源 日益减少。随着开采深度 的增加， 支护 问题愈 趋严重 ， 直接影响煤矿安全生产 ， 危及人身安全。锚杆支护是巷道经济、 有效的支护形式， 其在深部 巷道支护中已得到广泛地应用。现通过理论分析 ， 验证 了锚杆支护技术能够保证深部巷道支护的 可靠性。 关键词 深部巷道 ； 锚杆支护；技术分析 中图分类号 T D 3 5 3 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 3 0 2 0 0 3 4 0 4 Te c h n o l o g y An a ly s is o f D e e p R o a d wa y B o lt Su p p o r t W a n g X u a n f e n g Y i m a C o a l G r o u p C o ． ， L t d ． ，M i a n c h i 4 7 2 4 3 1 ， C h i n a Ab s t r a c t D u e t o y e a r s o f mi n i n g ，t h e s h a l l o w c o a l a r e a t h a t e a s y t o e x p l o i t i s f e w e r a n d f e we r ．Wi t h t h e i n c r e a s e o f mi n i n g d e p t h，t h e b o l t s u pp o r t p r o b l e m i s g e t t i n g mo r e a n d mo r e s e r i o u s，di r e c t l y i mp a c t s o n t h e p r o d u c t i o n o f c o a l mi n e s a f e t y a n d e n d a n g e r s p e r s o n a l s afe t y ． T he Bo l t s u p p o rt i s t h e e c o n o my a n d e f f e c t i v e f o r m for r o a d wa y ． An d i t ha s b e e n wi d e l y us e d i n d e e p r o a d wa y s u p p o r t ． T h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s p r o v e s t h a t t h e b o l t t e c h n o l o g y c a n e n s u r e t he r e l i a b i l i t y o f d e e p mi n e r o a d wa y s up p o rt． K e y wo r d sd e e p r o a d wa y ；b o l t s u p p o r t ；t e c h n o l o g y a n a l y s i s 0引言 我国煤矿以井工开采为主， 随着开采深度的不 断增加 ， 矿井 已进入 了深部开采 。深部开采常会遇 到软岩增加、 冒顶等 问题 ， 给煤 矿开采带来安全 隐 患。因此 ， 确保巷道 的安全 、 快速掘进 ， 确保巷道使 用期间的畅通 、 与围岩稳定 ， 确保巷道的支护与维护 成本较低 ， 是建设安全高效 矿井 的一项重要工作。 国内外的实践证明， 锚杆支护是巷道经济、 有效 的支 护形式 J 。为此 ， 本文就锚杆支护技术在深部巷 道中的应用作一分析。 1 锚杆支护的优越性 与棚式支 架相 比， 锚杆 支护 具有 显著 的优 越 性 _ 3 J ① 可提高巷道支护效果 ， 提高岩体的整体性 ， 对不稳定岩层起着悬吊作用， 提高岩体的承载力； ② 利用锚固剂 、 杆体 、 托板及各种构件或喷层 ， 可与 围 岩共同组成支护体系 ， 可减少巷道维修量 ， 简化工作 面端头支护和超前支护， 为采煤工作面的快速推进 、 产量与效益 的提高创 造 良好条件 ； ③ 可以减少钢 材 、 坑木等支护材料 ， 降低支护成本 。 2 支护方案选择 某矿井随着开采深度 的逐步增加 ， 矿井地压进 一 步增大， 巷道 的支护变得越来越 困难。在掘进工 作未完成以前 ， 后路支护就 出现了问题 ， 巷道底鼓 ， 两帮大量移近， 顶板下沉开裂 ， 甚至发生 冒顶。 针对这种情况， 对 以前的支护方法进行 了分析 总结 ， 找出支护失败 的原 因如下 ① 顶板锚索密度 小， 悬 吊力不足 ， 不能平衡矿压 ； ② 巷道上帮尤其煤 帮锚杆长度不足 ， 煤帮不能起到支护作用 ， 造成巷道 实际支承跨度增加， 矿压增加。锚杆长度不足 ， 锚杆 锚固部位不能深入稳定部位 ， 锚杆随煤帮一同外移， 巷帮失去支护作 用， 造成巷道进一步变形 ； ③ 对锚 杆 、 锚索的初锚力认识不到， 锚杆 、 锚索 的初次锚 固 力不足 ， 主动支护变成 了被动支护 ， 巷道来压变形后 2 0 1 3年第2 期 煤矿机 电 3 5 才达到设计锚固力 ， 此时矿压已经因巷道变形大大 增加 ， 原设计的支护参数已不能抵抗新的矿压强度 ， 支护失败。 针对矿井开采深度逐步增加的现状 ， 改进支护 方法如下 ① 根据矿压计算 ， 巷道服务时间， 合理增 加锚索密度 ； ② 根据巷帮移近观测 ， 在巷道上帮加 长锚杆长度； ③ 严格规定锚索、 锚杆的初锚力。 3 锚杆支护设计 以该矿某 工作 面为例 ， 该 工作 面地 面标 高 为 1 3 5 ． 8 m～ 1 4 4 ． 8 m， 井 下 标 高 为 一6 2 0 m 一 一 6 9 5 m。 工作面煤层厚度 1 ． 1 m， 煤层结构简单 ， 局 部含少量夹石或结核。煤层顶底板岩性如表 1 所示。 表 1 工作面煤层顶底板情况 3 ． 1 支护断面 支护断面如图 1所示。 圈 1 3 ． 2 锚杆支护参数 3 ． 2 ． 1 帮锚杆长度 3 ． 2 ． 1 ． 1 砂岩帮潜在松区宽度 L lh t g 4 5 。一q b ／ 2 式 中 岩石帮掘进高度 ， h1 ． 5 m； 似内摩擦角 ， 砂岩取 6 0 。 。 则 L 1 1 ． 5t g 4 5 。一 6 0 。 ／ 2 0 ． 4 m 取帮锚杆长度 LL ， 2为锚 固长 度 ， 取 L 1 ． 0 m， L 。为外露长度 ， 取 L ， 0 ． 2 m， 则 L 1 ． 6 m。 3 ． 2 ． 1 ． 2 煤帮潜在松区宽度 L 2 L 1 式 中 1 h t g 4 5 。 一q b ／ 2 ； 煤帮掘进高度 ， h1 ． 2 m； 似内摩擦角 ， 煤取 4 0 。 。 上帮煤帮锚杆长度 L， L L 1 ． 6 m 0． 6 m 2． 2 m 支 护 断 面 图 3 ． 2 ． 2帮锚杆设计锚 固力 巷道上帮侧压 P h S YH 式中 P 巷道侧压 ， k N ／ m ； S 压力系数 ， 取 0 ．5； 卜岩石密度 ， 取 2 4 k N ／ m ； 顶板卸压高度 ， H 8 m。 P h Sx YH 0．5 2 4 kN／m 8 m 9 6 kN／m 帮锚杆设计锚固力 P 96 k N／m 0． 8 m 3． 5 m／3 8 9． 6 kN 3 ． 2 ． 3 帮锚杆材质 通过计算 ， 选用 2 0 S i Mn左旋无纵筋螺纹钢钢锚 杆 ， 杆体直径 1 8 mm， 屈服强度 3 7 5 MP a ， 屈 服载荷 9 5 k N， 8 9 ． 6 k N， 满足要求。 3 ． 2 ． 4帮锚杆间排距 巷道煤帮中布置两排锚杆 ， 在岩石帮中布置一 排锚杆 ， 煤帮上帮采用长 2 ． 2 m锚杆 ， 岩帮及煤帮下 3 6 煤矿机 电 2 0 1 3年第2期 帮采用长 1 ． 8 13 3 锚杆 ， 均配以 1 0 0 mm x 1 0 0 mm6 I I l m A 3钢托板 ， 1 7 0 0 mm 7 0 m m梯子梁 ， 用直径 1 6 m m普通 A 3圆钢焊接 。间距 0 ． 7 n l ， 排距 0 ． 7 1T I 。 3 ． 2 ． 5锚 固剂 采用 Z 2 3 3 5树脂锚 固剂两卷。 3 ． 2 ． 5 ． 1 校核煤帮锚杆锚 固力 P 盯q o - L K 式中 锚杆孔径 ， 2 8 mm； 锚固剂与煤孔 壁之 间的黏结强度 ， 1 ． 45 MP a； 树脂锚固剂长度 ， L 0 ． 7 m； K 药卷长度充填系数 ， K1 ． 4 。 P 3．1 4 0． 0 2 8 X 1 ． 4 5 1 0 60． 7 1 ． 4 1 2 5 k N 9 5 k N， 满足要求。 3 ． 2 ． 5 ． 2 校核岩帮锚杆锚固力 P 叮 『 q o LK 式中 锚杆孔径 ， 2 8 mm； 锚固剂与岩孔壁之间的黏结强度 ， 3 MP a； ， J 树脂锚 固剂长度 ， L 0 ． 7 m； K 药卷长度充填系数 ， K1 ． 4 。 贝 0 P3 ． 1 40 ． 0 2 83 X 1 0 6 0 ． 71 ． 4 2 5 8 k N 9 5 k N， 满足要求。 3 ． 2 ． 6 锚杆的初锚力及杆尾力矩 锚杆 的初锚力达到设计初锚力的 6 0 ％ 以上 ， 即 5 7 k N， 其扭矩应为 X F 5 ．1 2 式 中 F 设计初锚力 ， 取 5 7 k N； d 锚杆公称直径 ， 取 1 8 m m。 则 X5 7 k N 0 ． 0 1 8 m ／ 5 ． 1 22 0 0 N m， 取螺 母 扭矩 为 2 0 0 N m。 3 ． 3 锚索支护参数 3 ． 3 ． 1 锚索长度 根据该处煤层 厚度 、 直接顶厚度 、 伪顶厚度、 将 锚索固定到老顶内 1 ． 5 m 以上计算可知， 锚索长度 初取为 6 ． 5 n l ， 施工时可 以用打钻的方法 由地质组 测定现场老顶厚度而确定锚索长度 ， 保证施工时锚 索锚 固到老顶内 1 ． 5 n l 以上。 3 ． 3 ． 2 锚索的间排距 依据工作面处于深部野青 向斜轴部 ， 顶板压力 大的特点。设计打设三排锚索 ， 取锚索悬 吊的重量 为直接顶石灰岩和老顶页岩塌陷范 围内岩石 的重 量 ， 并取 2倍的安全系数设锚索的问排距为 ￡ 。 。 L 0n P ／ 2 L B y 式中 n 锚索根数 ， n 3 ； P 锚索的设计锚固力 ， P 3 8 0 k N； 岩层厚度 ， L 2 ． 61 ． 1 3 ． 7 1T I ； B 巷道潜在松动范围内宽度 ， B 4 ． 5 I l l ； 岩体容重 ， 2 4 k N ／ m 。 L 0 3 3 8 0 ／ 2 3 ． 7 X 4 ． 5 X 2 4 1 ． 4 m， 取锚 索问排距 L 1 ． 4 m。 3 ． 3 ． 3 锚索的材料 锚索采用直径 1 7 ． 8 m m低松驰钢绞线 ， 破 断载 荷为 3 8 0 k N。 3 ． 3 ． 4 锚固剂 锚 固剂采用 K 2 3 6 0树脂锚 固剂一卷 ， Z 2 3 6 0树 脂锚固剂两卷 ， 校核其锚固力 Pn o - L K 式 中 锚索孑 L 径 ， cI 2 8 m m； 锚固剂 与 孔壁 之 间 的黏 结 强度 ， 3 MPa； 树脂锚 固剂长度 ， L1 ． 8 n l ； K 药卷长度充填系数 ， K1 ． 4 。 P 3．1 4 X 0． 02 8 3 X l 0 6 1．8 X 1 ．4 6 6 5 k N 3 8 0 k N， 满足要求 。 3 ． 4 其它支护材料 托板采用 4 0 0 4 0 0 X 1 6 I I l m和 1 5 0 X 1 5 01 2 m m A 3钢组合托板 。两帮铺 1 2 金属菱形网。 4 锚杆、 锚索支护巷道总体布置 1 巷道顶部采用锚索支护 ， 锚索采用直径1 7 ． 8 m m高强 度低松 弛钢绞线 ， 长 6 ． 5 m， 锚 固剂选 用 K 2 3 6 0型树脂锚固剂 一个 药卷 ， Z 2 3 6 0型树脂 锚 固 剂两个 药卷 ， 锚 索配备 1 5 01 5 01 2 m m 托 板 ， 4 0 0 X 4 0 01 6 m m大托板 ， 均 为 A 3钢， 锚索间排距 1． 4 I l l 。 2 两帮选用 2 0 S i Mn左旋无纵筋螺纹钢锚杆 ， 煤帮上帮锚杆长度 2 ． 2 m， 岩石帮及煤帮下帮锚杆 长度 1 ． 8 m， 杆体直径均 为 1 8 m m， 配 以 1 0 0 1 0 0 X 6 m m A 3钢托板 ， 1 7 0 0 m m 7 0 m m梯子梁 。 在煤中布置两排锚杆， 岩石帮布置一排锚杆 ， 锚杆间 距 0 ． 7 m， 排距 0 ． 7 m。 3 煤帮铺连 1 2 金属菱形 网， 网片搭接 1 0 0 mm 以上 ， 用 1 4 铁丝连网， 间距 2 0 0 m m。 4 螺母扭矩为 2 0 0 N m。 2 0 1 3年第2 期 煤矿机 电 3 7 煤矿粉尘在线实时监测与监控技术的研究 秦立伦，高敏峰 山东华恒 矿业 有限公司 ，山东 新泰 2 7 1 2 0 2 摘 要 针对煤矿井下粉尘治理难的状况 ， 通过对井下粉尘浓度 的 自动监测与监控、 喷雾装置 的 自动化控制、 粉尘浓度超限报警， 以及地面监测、 信息管理系统等研 究， 在该 系统现有功能基础上， 建立 了粉 尘 自动监测与喷雾装置 的自动化系统 ， 实现 了远距离粉 尘在线实时监测、 监控与信息管理 功能， 取得 良好效果。 关键词 粉尘；监测与监控技术；光纤传输 中图分类号 T D 7 1 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 3 0 2 0 0 3 7 0 3 Re s e a r c h O n Mi n e Du s t On - L i n e Re a l T i me Mo n it o r i n g a n d Co n t r o l Te c h n olo g y 一● Q i n L i l u n ，G a o Mi n f e n g S h a n d o n g H u a h e n g M i n i n g C o ． ， L t d ． ， X i n t a i 2 7 1 2 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e p r o b l e ms t h a t t h i c k d u s t e n v i r o n me n t a t u n d e r g r o u n d mi n e ，a n d i t i s d i f f i c u l t t o h a n d l e ． S t u d i e s t h e a u t o mo ni t o r o f d us t c o n c e n t r a t i o n，a u t o c o n t r o l o f s pr a y de v i c e，o v e r l i mi t a l a r m o f d u s t c o n c e n t r a t i o n， g r o u n d mo n i t o r a nd s i g n a l ma n a g e me n t s y s t e m．On t h e b a s i s o f c u r r e n t f un c t i o n s ，t h e a ut o - mo n i t o r a n d a u t o - s y s t e m o f s p r a y de v i c e a r e s e t t e d u p，wh i c h r e a l i z e s r e a l t i me mo n i t o r a n d s i g n a l ma na g e me n t f u n c t i o n o f l o n g - d i s t a n c e d u s t ． I t h a s g o o d r e s u l t i n u s e ． Ke y wo r d s c o a l mi n e d u s t ；mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y；f i b e r t r a n s mi s s i o n 1 问题的提出 2研究实施 内容 煤矿行业是产生粉尘危害的重点行业 ， 粉尘给 煤矿工作人员和安全生产造成极大 的危害 ， 不仅严 重危害工人 的身体健康 ， 而且煤尘浓度过高 ， 潜伏着 煤尘爆炸的危险 ， 给安全生产工作增加 了困难 。因 此 ， 研究粉尘浓度在线监测 的新方法、 新技术 ， 开发 经济实用 ， 测量误差小 ， 可靠性强的矿井粉尘浓度实 时监测及控制系统具有重要的现实意义。 以华恒公司现有的 K J 9 0 N B监测监控 系统为依 托 ， 在该系统现有功能的基础上 ， 建立粉尘 自动监测 与喷雾装置 自动化子系统 ， 实现井 下粉尘在线监测 与 自动化管理 。主要研究 内容包括井下粉尘浓度 自 动监测与监控的研究喷雾装置 自动化控制的研究 ， 浓度超限报警 ， 以及地面监测 、 信息管理系统 等研 究。其 目标可实现远距离的粉尘在线连续实时监测 源技术与管理 ， 2 0 1 2 1 6 4 - 6 5 ． 5 支护效果 [ 2 ] 苗文韬 ．软岩巷道支护新 技术在燕家河煤矿 的应用 [ J ] ． 陕西 该锚杆支护在掘进工作 面试验 ， 目前该工作面 已掘进完毕 ， 半煤岩巷道工程量为 3 0 0 0 m， 时间跨 度 1 2个月 ， 没有发现巷道明显变形或顶板离层 ， 达 到了预期的支护效果。 参考 文献 [ 1 ] 王本忠． 高 矿压条件下 留顶煤 锚网巷道 支护 关键技术 f J 1 ． 能 煤炭 ， 2 0 1 2 4 1 2 1 1 2 3 ． [ 3 ] 刘海云． 窄煤柱沿空掘巷锚杆支 护技 术 [ J ] ． 煤 ， 2 0 1 2 9 1 6 - 1 7． 作者简介 王选峰 1 9 8 0一 ， 男， 助理工程师。主要从事采矿工程 与技术管理工作。 收稿 E t 期 2 0 1 21 1 0 7 ； 责任编辑 陈锡强