矿井沿空大断面顺槽支护设计与应用.pdf
S e r i a l No . 5 5 7 S e p t e mb e r . 2 0 1 5 现代矿业 M0 DE RN MI NI N G 总 第 5 5 7期 2 0 1 5 年 9月第 9期 矿井沿空大断面顺槽支护设计与应用 李海伟 兖州煤业股份有限公 司东滩煤矿 摘要 东滩煤矿埋深大、 地压高、 断层 多、 煤层含夹矸 , 深部开采矿压显现 明显、 支护 困难 , 巷 道收缩变形量大, 严重制约了回采工作面安全生产 。为此, 综合煤层结构、 矿压规律、 巷道布置和支 护方式等综合因素, 优化了 巷道布置、 断面参数和支护参数设计, 实施 了大断面高可靠性顺槽支护 技术 , 有效改变了综放面沿空顺槽 变形收缩的被动局面, 确保 了矿井安全高效生产。 关键词 深部开采沿空顺槽倒梯形大断面锚 网带支护 东滩煤矿位于兖州煤 田的深部 , 一采 区为 目前 主采区, 回采煤层为二叠系山西组 3煤层 , 开采深度 5 1 7 . 4~ 5 9 2 . 1 m。沿空顺槽矿压显现明显, 顶板下 沉量大 , 鼓帮严重, 顺槽维护 困难 , 制约了工作面快 速推进。经过几年的摸索和实践 , 优化了巷道断面 和支护设计 , 沿空顺槽采用倒梯形大断面 , 锚网带一 锚索联合支护, 邻面采空区采用小煤柱布置, 两顺槽 间距 8 . 5 m, 取得 了较好 的成效 , 满足了安全 生产的 要求 。 1 综放工作面顺槽原支护设计 1 顺槽支护参数。综放工作面顺槽原设计为 梯形断面 , 两帮 1 2 。 扎角 , 顶板 夹矸下平面掘进 , 净 宽 4 5 0 0 m m, 净高 3 . 2 m。顶部采用长 3 . 8 m钢带 , 打 6 2 2 mm 2 4 0 0 m m 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆 , 巷中布 置一 排锚 索 ; 两 帮各 布 置 4根 2 0 m m 2 0 0 0 mm全长等强全螺纹钢锚 杆; 顶、 帮分别敷设 采用 1 O 铁丝编织的菱形 网。 2 存在问题和原因分析。工作面回采期间矿 压显现非 常剧烈 , 断面收缩严重 。1 3 0 3和 1 3 0 4工 作面回采期间沿空顺槽超前压力影响范围达到 2 1 0 ~ 3 0 0 m, 巷道两帮移近量最大达到 3 m, 底 鼓量最 大达到 2 . 0 m, 断面收缩至不到 2 . 5 m , 严重影响通 风 、 运输 、 行人及工作面端头维护和正常推进。 综合分析认为 , 导致这种情况的原 因主要有以 下几个方面 ①顺槽断面小 , 缺少 围岩变形空间; ② 顺槽掘进层位选择不合理, 顶板托夹矸掘进, 该夹矸 稳定性极差 , 特别是工作面 回采期间 , 受超前应力影 响 , 顶板下沉量大, 难 以维护 ; ③大扎角梯形断面在 两帮上部区域易形成支护弱面 , 回采期间两帮煤体 李海伟 1 9 7 5 一 , 男 , 工程师 , 2 7 3 5 1 2山东省邹城市 。 1 5 6 承载性能低, 给围岩应力释放提供了条件; ④帮部支 护强度低 , 未采用帮部施工锚索加强支护。 2 大断面高可靠性顺槽支护设计 根据现场实际情况 , 经过理论计算 , 设计沿空顺 槽实施大断面高可靠性支护方案。 i 加大顺槽 几何 尺寸 , 预 留围岩变 形空 间。 根据顺槽 回采期 间的变形量 , 以及保障工作面正常 回采所需要的空间进行 断面优化 , 将顺 槽几何尺寸 由 1 3 . 8 m 加大到 2 2 m 以上 , 将钢带长度 由3 . 8 m 增加到 4 . 8 m, 巷 道净宽 达到 4 . 9 m, 净高增 加到 3 . 8~4. 2 m 。 2 合理选 择掘 进层位 , 减 小 围岩应力 积聚。 在选择大断面支护 的基础上 , 沿夹矸上平面稳定层 位掘进 , 底板不 留煤 , 沿 3 下煤底板岩石掘进 。 3 优化巷道断面形状 , 增强巷道整体承载性 能。将支护断面由梯形 、 两帮 8 7 。 扎角改为倒梯形 、 两帮 9 2 。 扎角 , 强化两帮 的承重作用 , 降低应力集中 时承载不均衡形成的两帮上部支护弱面 , 减小两帮 上部围岩移近量。 4 强化帮部支护 , 实施让支结合 , 增强 围岩稳 定性。针对两帮上部夹矸部位的围岩弱化区 , 从顶 板至夹矸以下 3 0 0 m m范围两帮敷设 由 8 铁丝编制 的双层金属网; 帮部继续使用等强全螺纹锚杆 , 既能 避免锚杆在应力条件下从尾部弱面破断 , 又能实现 煤体破碎片冒落后通过紧固锚杆达到二次支护的效 果。沿空顺槽在沿空帮上部夹矸区域正常支护的两 排锚杆中间分别交叉布置锚杆、 锚索, 加强帮部支 护 , 回采帮采用 2 . 0 m 钢带 , 两端打注 锚索加强支 护 , 控制围岩变形。 3 工程 实例 3 . 1工作面概 况 东滩煤矿 1 3 0 7综放工作面位于一采区中上部 , 总第 5 5 7期 现代矿业 2 0 1 5年 9月第 9期 2 锚杆间距、 排距计算 通常间排距相等 | K H r’ 3 式中 , o为锚杆 间、 排距 , 1 1 1 ; Q为锚杆设计锚 固力 , 1 0 0 k N / 根 帮部锚杆锚固力 ; r 为被悬吊煤的重力 密度 , 取 1 3 . 2 k N / m 。 将各参数代入式 3 , 计算得 口1 . 7 5 r n . 通过以上计算, 顶部可采用4, 2 2 m m x 2 4 0 0 m m 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆 , 间排距为 7 5 0 mm x 8 0 0 m m; 帮部采用 , / , 2 0 m m X 2 0 0 0 mm 的全螺纹 钢锚 杆 , 间排距为 8 0 0 mm8 0 0 mm; 采取锚杆紧跟迎头 的支护方式。 3 锚索长度选择。煤层厚度 顶部软岩厚度 锚索外露长度 锚人稳定岩层长度 一巷道截割高 度 7 . 9 1 m。考虑顶网及锚索托盘等材料厚度 , 锚 索长度取 8 . 5 1 T I 。 3 . 4 支护参数 1 顺槽采用锚网带、 锚索联合支护, 倒梯形断 面, 两帮 9 2 。 扎角, 上净宽 5 0 0 0 m m, 中净宽 4 9 0 0 mm, 下净宽 4 8 5 0 m m, 净高 3 8 0 0 m m。 2 巷道顶部使用长 4 8 0 0 m m 7组孔 的两端 头眼孔为滑孔的梯型钢带, 钢带两端头锚杆与水平 成 7 5 。 角斜向上打注 , 其他垂直顶板打注; 隔排距巷 中布置一根锚索, 锚索排距 1 6 0 0 m m, 支护有效的 锚索滞后迎头不大于 4 m打注 , 顶板破碎或煤炮频 繁时紧跟迎头打注。 3 巷道顶帮挂设金属菱形网, 两帮肩窝至夹 矸下平面 以下 3 0 0 m m范围敷设双层金属网; 当 3 煤与 3 下煤夹矸上平 面至顶板距离大 于 1 . 5 I l l 时, 两帮肩窝以下 1 m范围敷设双层金属网。两帮每排 各布置 5根锚杆 , 锚杆上下间距 8 0 0 m m, 钢带 向下 不大于 2 0 0 m lq l 为第一根锚杆 , 两帮第一根 锚杆与 水平成 1 5 。 ~ 2 5 。 仰角打注, 第 2~第 4根锚杆垂 直 煤壁打注 , 第 5根锚杆斜向下与水平成 1 5 。 ~2 0 。 俯 角打注 , 距底板不超过 8 0 0 mm, 保证锚杆托盘压紧 金属 网。 4 施工中每循环架一排钢带 排距 8 0 0 r n m , 两帮上部 2根锚杆一排一打 , 第 3根锚杆可滞后迎 头两排打注, 第 4根锚杆可滞后迎头 3排打注 , 第 5 根锚杆可滞后迎头6排打注, 当帮部煤壁松软、 片帮 时紧跟迎头打注 J 。 5 沿空帮 南帮 在相邻的正常支护锚杆中间 分别隔排布置锚索 , 排距为 1 6 0 0 m mo锚索布置方 式 在顶板 以下 5 0 0 mm位置按 2 5 。一 3 5 。 仰角打注 】 58 一 根 5 m长锚索 , 在帮部 中间位置垂直煤壁打注一 根 3 . 5 m长锚索。 6 实体煤帮 北帮 在正常支护锚杆中间分别 隔排布置锚索 , 排距 为 1 6 0 0 m m。锚索 布置方式 在顶板以下 5 0 0 mm位置按 2 5 。 一3 5 。 仰角打注一根 8 . 5 m长锚索 , 在下方 1 . 5 m位置垂直煤壁打注一 根 8 . 5 m长锚索 , 锚索打注后敷设长度为 2 m 钢带 钢带两锚杆孔距离 1 . 5 m , 代替锚索托盘进行紧 固。 7 帮上部锚索滞后迎头不大于 4 m, 下部锚索 滞后迎头不大于 3 0 m打注, 帮锚索打注后均安装 Y J 1 ’2 5 - 3 0型让 压环 。 8 特殊条件下巷道超高时 , 在相邻两排锚杆 下方中间补打 4 , 2 0 m m 2 0 0 0 m m全螺纹钢锚杆 。 9 帮部片落形成低洼点时 , 及 时在该处 打注 4, 2 0 mm X 1 0 0 0 mm全螺纹钢锚杆 ; 顶板破碎形成 网兜时, 必须在两排钢带中间补打 4, 2 0 m m x 2 0 0 0 1T i m全螺纹钢锚杆 配 1 5 0 m lT l X 1 5 0 m m x 1 0 m m铁 托盘 进行压网, 锚杆左右间距为 8 0 0 m m。 4 结论 1 根据东滩煤矿地质特征, 工作面沿空顺槽 实施倒梯形大断面设计 , 有效提高 了巷道整体支护 强度 , 降低了围岩变形量, 改善了支护效果。经过对 1 3 0 5 、 1 3 0 6工作面轨顺 回采期 间 的围岩变 形量 观 i 贝 0 , 围岩变形后顺槽宽度最小 2 . 8 1T I , 平均 3 . 3 i n , 有 效保障了工作面回采期间的作业空间。 2 通过实施顺槽大断面支护 , 预 留了工作 面 回采时的围岩变形空间。在工作面超前应力释放围 岩变形后的空间, 能够保障工作面的正常生产需要 , 降低 了超前支护成本 , 减少 了巷 道扩修 、 维护工作 量 , 减轻了劳动强度 、 提高 了巷道断面利用率, 确保 工作面安全 、 高效生产 , 取得 了较好 的技术经济效 益 。 参考文献 [ 1 ] 陈炎光 , 陆士 良. 中国煤矿巷道 围岩控制 [ M] . 徐 州 中国矿 业 大学出版社, 1 9 9 4 . [ 2 ] 侯朝炯, 郭励生, 勾攀峰. 煤巷锚 网支护[ M] . 徐州 中国矿业 大学出版社, 1 9 9 9 . [ 3 ] 钱鸣高, 刘听成. 矿山压力及其控制[ M] . 北京 煤炭工业出版 社 . 1 9 8 4 . [ 4 ] 赵岩峰, 刘福军. 极松散煤层全煤巷道顶板全锚索支护技术的 应用[ J ] . 煤炭科学技术, 2 0 0 2 , 3 0 1 1 3 3 . 3 6 . 收稿 日期 2 0 1 5 _ 2