双河煤矿深部开采回采巷道围岩控制技术研究.pdf

2 0 1 3 年 第3 期 童 媳j i ； 舛技 1 l 7 双 河煤 矿深部开 采 回采巷道 围岩控制技 术研 究 路 文会 鸡西矿 业集团双河煤矿 ， 黑龙 江 鸡西1 5 8 1 4 7 摘要双河煤矿随开采强度增加， 主采区已经进入深部开采区域， 巷道围岩表现出高地压、 大变形、 难支护的矿压特点， 围岩松散破碎， 反复 巷修造成 围岩控制成本非常高。该问题 已成为双 河煤矿安全 生产 的主要 问题。该文针对该问题进行锚杆联合 支护方 式及参数研究， 通过现场 工业实践获得较好的效果。 关键词深部开采 围岩控制锚杆支护 中图分类号 T D 3 5 3 文献标识码A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 52 8 0 1 ， 2 0 1 3 ． 0 3 ． 7 4 我国煤炭资源预测总量约 5 0 5 9 2亿 t ， 其中埋藏深 度大 于 1 0 0 0 m 的约 占 5 3 ％ ， 大于 6 0 0 m 的约 占 7 3 ％ 。 由于几十年来的大规模开采 ， 浅部资源已走向枯竭 ， 煤 炭开采逐渐向深部延伸， 国内许多矿井的开采或开拓 延伸的深度 目前均 已经超过 了 7 0 0 m， 有的甚至超过 1 0 0 0 m， 一般认为， 当采深达到 7 0 0～1 0 0 0 m时即可称 为深部开 采 。开采 深 度 的增 加 是矿 井生 产 的必然 之 路 ， 随之而产 生矿压 显现也 会愈 加 明显 ， 地压 增 大 ， 岩 石破坏过程强化， 巷道围岩变形剧烈， 冲击地压强度增 大和频率增加等现象。深部煤层开采复杂化的主要影 响因素是矿山压力， 在高应力作用下， 围岩移动变形更 为剧烈 ， 巷道产生变形和破坏也更为严重 ， 巷道 围岩变 形速度快、 变形量大 ， 巷道周边变形范围大。 当前以锚杆为主的联合支护方式仍然是深部开采 }收稿 日期 2 0 1 30 11 6 作者简介 路文会 1 9 6 8一 ， 男 ， 工 程师 ， 1 9 8 9年 毕业于 阜新煤 炭 工业学校采矿专业， 大专学历， 现任双河煤矿掘进科主任工程师。 条件下围岩控制的有效技术 ， 因此有针对性的对煤矿 围岩进行支护参数设计有着至关重要的作用。 1 锚 杆联 合支 护方 式分 析 1 锚 杆材质 目前， 我国使用 的螺纹钢有三种 双向两筋螺纹 钢 、 无纵筋右旋螺纹钢 、 无纵筋左旋 螺纹钢 。此三类螺 纹钢与锚固剂均有较好的结合， 但在注入锚杆时， 前者 杆体纵筋旋转半径大于螺纹钢杆体旋转半径 ， 右旋螺 纹钢杆体旋转易将树脂胶体带向锚杆孔前部， 从而造 成杆体与树脂不能密切配合， 使握裹力降低， 并且前两 者都不利于锚固剂充填密实， 使搅拌效果差， 粘结力下 降 ， 从而降低了锚固强度。而左旋螺纹钢与锚杆注入 时旋转方向相反， 这样在搅拌树脂药卷时， 螺纹对药卷 产生强有力的压力而将药卷推向深部， 在此压力下呈 液状的锚固剂可以充填孔中裂隙及排出孔 中污水 ， 从 而增加锚固剂与锚杆杆体之间的握裹力以及锚固剂与 岩体之间的粘结力， 可以有效提高锚杆的拉拔力， 为锚 3 ． 2钢尺 量边 在使用钢尺丈量控制导线的边长时， 要使用经过 比长的钢尺 ， 施 以比长时的拉力， 悬空丈量并测定温 度。在分段丈量时， 最小尺段长度要大于 1 0 m， 定线偏 差不可大于5 e m。每尺段要变换起点读数三次， 精确 到毫米 ， 长度互差要小于 3 m m。导线边长要采用往返 丈量 ， 丈量结果加入各项改正数的水平边长互差要小 于平 均边 长的 1 ／ 6 0 0 0 。边长小 于 1 5 m或倾 角大于 1 5 。 以上的巷道 中， 互差要小于平均边长的 1 ／ 4 0 0 0 。 在倾斜巷道 中测量边 长 时 ， 观测 竖直角 的 限差要 满足表 3的规定 丈量方法 。 表 3 井下导线竖直角观测的观测 限差 D 】 2 级经纬仪 D j 6 级经纬仪 观测方法 竖直角 指标差 竖直角 指标差 测回数 测回数 互差 互 差 互差 互差 对向观测 l 2 2 5 2 5 中丝法 单 向观测 2 1 5 ” 1 5 3 2 5 2 5 中丝法 在观测竖直角时， 要先把竖盘水准管气泡精确居 中后 ， 再读取竖盘读数 4 导 线 的延长 随着巷道的不断掘进， 井下导线也应适 时延长。 采区控制导线通常要每隔3 0～1 0 0 m延长一次， 基本控 制导线要每隔3 0 0～5 0 0 m延长一次。在延长导线前， 为防止用错测点和检查测点是否移动， 要对上次测量 的最后一个水平角和边长进行检查测量。 检查测量 所得 的水平 角与上次测得 的水平 角的不 符值满足有关规定后， 才能向前延长导线。不然， 要继 续向后检查， 直到满足数值要求 ， 才能向前延长导线。 参考文献 [ 1 ]张旭忠． 煤矿井下平面控制测量浅析． 北京电力高等专科学校学 报 ， 2 0 0 9 ， 5 [ 2 ]陈栓柱． 全站仪在井下导线测量中的应用及其精度分析． 煤， 2 01 l， 8 [ 3 ]郭桂宝． 两井定向法在回 采工作中的实际应用． 水力采煤与管道 运输 ， 2 0 0 8， 4 1 1 8 未穗晨 科技 2 0 1 3 年 第3 期 固力 的提高创造条件 。 2 锚杆 直径 为有效控制巷道顶 板 的变形和 离层 ， 锚 杆必 须给 围岩 以可靠 的支 护阻 力。研 究表 明 ， 在其它 条件 一定 的情况下， 锚杆支护阻力的大小与杆体直径成正比， 也 就是说 ， 直径 越 大 ， 支 护 阻力 和锚 杆 支护 系统 刚 度越 大 ， 对支护越有利 。另一方 面需考虑 锚杆 直径 与钻孔 直径 的合理匹配 ， 根据已有的研究成果 ， 其它条件相 同 时 ， 锚杆钻 孔 与锚 杆 直径 相 差 6～1 0 m m 时锚 固力较 大 ； 锚 固段岩性对锚 固力的影响主要 表现在 ， 锚 固剂 与 不同岩性的被锚 固体间的粘结强度不 同， 已有的研究 成果表明树脂锚固剂与砂岩、 页岩、 煤的粘结强度分别 为 5～ 8 ， 3 ． 5～ 5 ． 5 ， 1～ 2 M P a 。考 虑经 济 因素 ， 钻 孑 L 直 径小 ， 成本相应低 。考虑施工机具因素 ， 目前常用 的锚 杆钻 孔孔径 为 2 8～3 2 m m， 锚杆直 径 为 1 6 、 1 8 、 2 0和 2 2 ra m四种。 一般采 用 直 径 2 0 、 2 2 m m 的螺 纹 钢 锚杆 时 ， 施 工安装较方便 、 经济 。 3 锚杆长度 锚杆长度是锚杆支护参数中的关键参数之 ， 就 巷道整个支护系统而言， 锚杆长度不能太短 ， 太短就使 整个锚杆加固 的围岩 强化 圈的厚度 较小 ， 不 利于顶 板 加固系统的稳定。但锚杆长度要受到施工技术条件的 限制， 即受巷道高度 、 锚杆钻机高度的限制。 4 锚 固方式 、 锚 固剂型号及数 量 锚固剂多采用树脂锚 固剂， 树脂锚固剂为高分子 材料 ， 由于其粘结强度大 、 固化时 间快 、 安全 可靠 性高 ， 已广泛应用于煤巷锚杆支护 ， 其型号包括 直径 、 长度和 胶凝时间等。选择 时应遵守树脂药卷直径 比钻 孔直径 小 3～ 5 ra m时锚 固力最 大 的原则 ， 树 脂药 卷长度 L根 据需要 的锚 固长度确定。 5 托梁 、 托盘和护网 为了保证锚杆支护系统的整体性 ， 防止危岩冒落 和片帮 ， 在施工中要求使用托梁、 托盘和护网等。 6 顶板锚索支护参数及设计 为确保回采巷道在整个服务期间的正常使用， 根 据巷道变形的状况 ， 可使用 预应力锚索进 行加强支护 ， 由于它锚 固深度 大 ， 将下部 煤层 和不稳 定岩层锚 固在 上部稳定的岩层中， 可靠性较大， 可施加预应力 ， 主动 支护围岩 ， 是支护技术 中一种可靠 有效 的手段 。 煤矿常用的锚索是由低松弛钢绞线制成， 其延伸 率只有 3 ． 5 ％ ， 而锚杆 的延 伸率在 2 0 ％ 左右 。相 比而 言， 锚索的刚性较大， 如何做到二者之问的协调， 正确 的设计锚索的预 紧力十分重要。如锚索的预紧力过 大 ， 则围岩的变形全部 由锚索支撑 ， 如锚索 的预 紧力过 小， 则锚索的悬吊作用不明显 ， 一旦锚杆不能有效的支 撑 围岩 ， 则围岩的过 大变形不可避免 因此 ， 应将锚 索 预紧力设计与锚杆的受 力相适应 。 2 巷道锚 杆联 合支护 参数设 计 2 ． 1 工 程背 景 双河煤矿 目前开采深度 已达到 8 0 0 m左右 ， 已属深 部开采的范畴。目前双河矿主采层为三号煤层， 岩层 以灰质页岩粉砂 岩为主 ， 煤岩层理均较发育 ， 煤层厚 度 约 3～ 4 m。该矿大 采深条 件下 回采巷 道矿压 特点 为 高地压 、 大变形、 难支护。具体表现为三号层右二 、 右 三 面回采巷道个别 区域 围岩收敛 大变形 大 ， 两帮 由原 4 m收敛 至 2 ． 6 m， 变形量 达 到 1 ． 4 m， 煤壁 外移 鼓帮 形 成网兜， 煤体松散破碎； 巷道顶底板中高由原来 3 m收 敛 至 1 ． 4 m， 变形 量达 1 ． 6 m， 底 板 隆起形 成鼓 包 ， 巷 道 断面由原来 1 2 m ， 收敛至3 ． 6 m 。为满足生产要求 ， 该 矿曾多次进行巷道返修 刷帮拉底 ， 但复修后围岩变 形状态并没有得到有效控制。 2 ． 2 双河煤 矿 回采巷道 支护 参数设 计 1 顶板支护参数设计 根据 双河 煤矿 三 号层 实 际顶板 ， 采 用 0 2 0 2 4 0 0 m m左旋无纵筋螺纹 钢锚杆 ， 锚杆排距 为 7 0 0 m m， 间距6 8 0 m m， 每个锚杆孔内装 3支树脂锚固剂。金属 网 ． 0 m m， 冷 拔丝 ， 4 0 4 0 m m 的 网孔 ， 规格 为 长 X 宽 4 ． 3 0 ． 9 m。托梁 设计使 用钢 筋梯子 梁 ， 型号 为 G T 1 6 ／ 4 3 0 0 。采用 1 1 6 m m的钢筋焊接而成 ， 钢筋梯 子 梁宽度 7 0 m m， 长度 4 3 0 0 m m； 每根梁上有 6个锚孔 。 2 上帮锚杆支护参 数及设计 巷道 上帮锚杆 为 P 2 0 2 4 0 0 m m左旋无 纵筋 螺纹 钢锚杆， 采用端锚锚固， 设计锚固力 8 0 k N； 其 中巷道沿 采空区侧 帮 ， 每个锚杆孔 内装 3支树 脂锚 固剂 ； 锚杆 间 排距为 7 8 0 7 0 0 m m。为控制巷道底鼓 ， 底角锚杆采 用 ／ 2 0 3 0 0 0 m m左旋无纵筋螺纹钢锚杆 ， 并下扎 3 0 。 。 3 下帮帮锚杆支护参数及设计 下帮采用 ／ 2 0 2 4 0 0 m m左旋无纵筋螺纹钢锚杆 ， 采用端锚锚固 ， 每个锚杆孔 内装 2支树脂锚 固剂 ； 锚 杆 间 、 排 距 为 7 0 0 X 7 0 0 m m。底 角 锚 杆 采 用 I 2 0 3 0 0 0 m m左旋无纵 筋 螺纹 钢锚 杆 ， 并 下扎 1 5 。 ； 帮 网选 用 ． 0 m m， 冷拔 丝 ， 4 0 m m 4 0 m m 的 网孔 ， 规格 为 长 宽 2 ． 6 m 0 ． 9 m。铺杆 每根安装 2卷药卷。 3矿压 监测分 析 为 了解支护后锚杆 锚索 支护的 支护工 作状态 ， 掌 握围岩的变形规律， 确定巷道的支护效果 ， 同时为修改 设计提供科学依据， 进而进行矿压监测。监测结果表 明 ， 与原来支护效果对 比 ， 顶板移近量相 比原 支护减少 了 4 4 ． 2 ％ ， 底板移 近量 相 比原支 护减 少 了 6 5 ． 4 ％ ， 两 帮移 近量相 比原支护减少了 7 0 ％ ， 支护效果 良好 。