深部采区煤巷锚杆支护参数优化设计研究.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI E NCE TECHN0L OGY 2 0 0 9年 第 3期 N O．3 2 00 9 深部采区煤巷锚杆支护参数优化设计研究 刘金 虎 ， 范者道 1 ． 徐州矿务集 团技术 中心， 江苏 徐 州 2 2 1 0 0 6 ； 2 ． 徐州矿 务集 团住 房建 设管理 中心 ， 江苏 徐 州 2 2 1 0 0 6 摘要 随着 矿井 开采深度 的增加 ， 地质环境 不断恶化 ， 地应力增 大 ， 导致巷道顶板 弯 曲下 沉 ， 断面收缩 变形 ， 并常伴有 顶帮 锚 杆崩断 的现象 。旗 山煤矿 1 3 2 1 1工作面掘进 过程 中通过优 化支 护设计 ， 调整支 护参 数 ， 巷道 顶板控 制 出现 了 明显 好转 ， 取 得了较好 的效 果。 关键词 深部开采 ； 软岩 ； 支护参数 ； 设计优 化 中 图分类 号 T D3 5 3 ． 6 文献标识码 C 文章编 号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 0 0 9 0 3 0 0 9 1 0 2 S t u d y o n Opt i mu m De s i g n o f Bo l t i n g S u p p o r t i n g Pa r a me t e r a t Ro a dwa y i n De e p M i n i n g Ar e a Li u J i n h u 。 Fa n Zh e da o 。 1 ． Xu z h o u M i ni n g Gr o u p Te c hn o l o gy Ce n t e r ，Xu z h o u，J i a n gs u，2 21 0 06； 2 ． Ho us e Co n s t r u c t i o n Admi n i s t r a t i o n Ce nt e r o f Xu z h o u M i n i n g Gr o u p，Xuz ho u，J i a n g s u，2 2 1 0 0 6 Ab s t r a c t W i t h t he i n c r e a s i n g o f mi n i n g d e p t h i n mi n e，t he s t e a d y de t e r i o r a t i o n o f g e o l o g i c a l e n v i r o nme n t a n d t he i n c r e a s i n g g r o u n d s t r e s s l e a d t o t he wi n d i n g a n d s i n ki n g o f r o a d wa y r o of ，t he c o ns t r a c t i o n a n d d e f o r ma t i o n o f c r o s s s e c t i o n，a n d t h e b r o k e n r o o f b o l t i n g ．I n t h e d r i l l i n g c o u r s e o f 1 3 2 1 1 W o r k i n g F a c e i n Qi s h a n Co l l i e r y ， t h e r o a d wa y r o o f c o n t r o l l i n g h a s i mp r o v e d a n d p r o v e d e f f e c t i v e b y o p t i mi z i n g s u p p o r t i n g d e s i g n a n d a d j u s t i n g s u p p o r t i n g pa r a m e t e r ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g；s o f t r o c k；s u p p o r t p a r a me t e r ；de s i g n o pt i mu m 1 问题 的 提 出 旗山煤 矿 1 3 2 1 1工 作 面位 于一 8 5 0西 二采 区 ， 南 部 为 1 3 2 0 9采空 区 ， 北部 与西 部 为韩 桥矿 采 空 区。回采下 石 盒 子组 1 、 3煤合层 ， 煤厚 4 。 0 m～ 5 ． 8 m， 平 均 4 ． 5 m。直 接 顶 为砂 质泥岩 ， 底板为灰黑 色泥 岩 。该 工作 面总 掘进工 程 量 1 2 9 0 m。 1 开帮支护 。工作 面撤 除支 架前 ， 开 帮收尾 顶板铺 设 双层 金属 网及 4根钢丝绳 ， 液压支架全 刀接架 ， 总进 度 5 ． 5 m。最后 一次 开大 帮 深 度 2 ． 0 m 后 ， 进 行 撤架 子 工 作 。 支护采用横 山木棚支 护 ， 木梁一 头插 担在综 放支 架前梁 上 端 ， 木梁靠煤壁侧打设 木柱 ， 高度 2 ． 2 m棚 距 0 ． 8 m， 刹 四 道顶 、 两道帮 ， 在木 梁端 头 打设 一 道筋 巴力 。工 作 面下 头 支护采用打设 木垛及 架设 工字钢梁 ， 进行加强支护 。 2 支架及 设备 的撤 出。综放 工 作 面设 备撤 运 的顺 序 是 工作面后 部运 输机一采 煤机一 工作 面前 部运输 机一 液 压支架一泵站一供 电系统 。 3 工作 面撤 除支 架顺 序 沿工 作 面 自上 而 下进 行。使 用慢速 绞车在支架前牵引滑 轮 ， 由上 头第 1 架 开始逐 架 向 下撤 出 ， 随架子的撤出翻打上 一架 打设 的横 山模板 梁单体 临时支 护 ， 硬帮超前 5 m打设 单体柱 中心顶子 。支 架的撤 出以此 类推将工作面支架 由上 向下全部撤 完 。 4技术 经济效 果 应用反方 向无 坑 木撤 除 支架 工 艺 ， 在木 材 耗材 、 降低 成本 、 减少开拓 岩巷 、 简 化“ 一 通三 防” 等项 指标 均 创建 矿 以来 最好水平 。减少开 拓岩 巷支 出 1 1 3 m1 3 0 0 ． 0元 ／ m 一1 4 ． 6 9万元 ； 减少通风改 风工序所需设 备及人 力工 时 ， 按 正 常供 风 ； 工作 面 节省 打木 垛 工 序及 材 料 耗材 节 约坑 木 ， 3 O个木垛 1 ． 8 8 m。 4 5 0元／ m。 一2 ． 5 4万元 ； 减少 了设计 拉底巷道 1 8 8 m。整个 撤架 过 程达 到 了安 全 、 快 速 、 经 济 、 高效的 目的。 作者简 介 呼延龙 1 9 6 3 一 ， 男 ， 黑 龙 江省 鹤 岗市人 ， 毕业 于鹤 岗 矿务局工学 院综采专业 ， 大专学历 ， 工程师 ， 现在鹤 岗矿业集团南 山煤矿皮带 区工作 。 收稿 日期 2 0 0 9 --0 3 0 6 编辑 叶忠群 9 1 1 3 2 1 1综采工作 面在初期 掘进过 程中 4 5 0 m ， 出现 了顶板 弯曲下沉 ， 两帮移近量大 ， 底臌变形严重 ， 局 部出现 了锚 杆锚索崩 断现象 ， 如何优化支护设计 ， 调整支护参数 ， 从而改善巷 道状况势 在 必 行 。 2 巷道 变形破 坏分析 2 ． 1 从锚杆崩断位置分析 锚杆崩断主要集 中在 巷道顶 板 的上 下肩 窝 第 1 、 2 锚杆 ， 这个位置正 是水平 应力 和垂 直应 力集 中区 ， 而且 因 煤层顶板的倾角较大 9 。 ～2 2 。 ， 虽然 使用 异形 托 板 ， 但锚 杆安装仍不能与顶板垂 直 ， 形成水 平剪切 力和局 部点接 触 弯曲受伤剪断 。巷道中部锚杆 崩断数量 相对较 少 ， 因为此 处顶板受力变形 量大 ， 锚杆 随变形 受 力小 ， 故巷 道 两侧 锚 杆崩断现象较 中部多 见图 1 。 图 1 巷道锚 杆支 护断面图 2 ． 2 从顶板离层仪多点观测数据分析 如表 1 ， 巷道 的变形松动 圈在 2 ． 5 m～3 m之 间 ， 在 观 测的 8 d时间段 内， 2 ． 5 m～3 m 区间变形 量在 6 O mm～7 O mm。锚杆支护控制 的范 围均在 2 ． 5 m 之 内， 控 制对 象 为 围岩碎涨变形区 。从顶 板离层仪 观测数据 分析 结论 浅 部 变形量平均 2 mm／ d ， 深部变形量平均 1 0 mm／ d 。 表 1 多点 位 移 计 观 测 情 况 孔深 m 1 1 ． 5 2 ． 0 2 ． 5 3 ． 0 6 ． 0 O 0 0 0 0 0 6 6 6 7 33 3 3 8 1 2 1 3 1 3 65 7 5 1 O 1 8 l8 2 5 95 1 0 0 元月 2 3日安装 元 月 2 6日 ram 元 月 2 8日 mm 元 月 3 1日 mm 2 ． 3 锚 固剂及锚杆 、 锚 索强度分析 巷道顶 帮均使 用 C K 2 3 5 0锚 固剂 ， 锚 索 使用 Z 2 3 7 0 锚 固剂 ， 崩断锚杆 、 锚 索说 明锚 固剂端 头锚 固强度 满 足 匹配 支护强度 的要求 。而支护材料 强度成为 弱点短 板 ， 围岩 碎 胀变形量 已远大于锚杆 、 锚索的延展长度及破 断强度 。 3 优 化 方 案 1 加大支护锚 杆、 锚 索 的强度 ， 采 用 MS G L w- 5 0 O左 旋无纵筋螺纹 钢等 强锚 杆 ， 屈 服强 度为 5 0 0 MP a ， 规格 为 2 O mm， L 2 2 0 0 mm和 2 2 mm， L 2 2 0 0 mm。锚 索 由原来 的 1 5 ． 2 4 mm增加 到 1 8 ． 9 mm。 9 2 2 借鉴桁架支护原理 ， 顶板 锚索双 排布置 ， 间排距 1 ． 6 mX 1 ． 5 m， 锚 索 施工 时 沿铅 垂 线 向巷 道 两 侧加 一 个 夹 角 ， 利 用钢筋梯形 梁 1 2 ～1 6 纵横成 井字 形联 接 ， 确 保 锚索受力后形成一个 完整 的受力结 构体 ， 避 免 现有锚索 点 支护失 效后 ， 形 成锚 索 支 护 缺失 ， 提 高 支 护 安 全性 见 图 2 。 o Ⅷ I 1 6 0 0 醐 一 一 一 一 一 0 l 1 1 0 O 0 7 0 0 I 4 5 0 0 一 C ▲ n． ． I 图 2 锚 索加 固示意图 3 完善巷 道上 下帮 的钢 筋梁 使用 ， 加 强巷 道 肩窝 及 底角锚杆施工 质量 、 施工 角度 ， 提 高 回采 巷 道金 属 网 的强 度 ， 使用 1 O 铁丝编织 的金属 网 ， 锚杆托 盘设 计改造 成 2 O 。 碟状异 型铁托盘 。 4 完 善支 护 系 统监 测 体 系 。积 极 完 善 数据 采 集 工 作 ， 应用锚杆拉力计 、 扭 矩扳手 、 顶板离层 仪等 进行锚 杆支 护计量 检测 ， 形 成 较为 系统 的对 比分 析数 据 ， 为锚 杆支 护 巷道支 护参数 调 整和方 案 优化 提供 较为 可靠 的矿 压分 析 数据 。 4 结 语 1 该支护 体 系 由超高 强锚 杆 、 减摩 垫 圈 、 异 型 托盘 、 等强螺母 、 高预应力锚 索组成 。可 以按 照设计 值对 预应力 的大小 进行 调整 ， 又可 以检 验锚 杆 的施工 质 量 ， 支 护效 果 明 显 。 2 严格执 行 顶板锚 杆 的快 速安 装工 艺 ， 尽可 能 减少 顶板空锚时间。严禁 采用一次 性将所 有钻孔 打好 ， 再一 次 性安装锚杆 的方 法施 工 。而且 锚 杆安 装达 到 规定 的螺母 扭矩后 ， 不得再卸下螺母 重新安 装。 3 优化支护设计后 ， 现场 近 2 个月观测 ， 未发现锚杆 、 锚索崩 断的现象 。实践 表 明， 在 深 部 开采 过 程 中 ， 针对 高 地应力 区域巷道受力 特点 ， 通 过 优化支护参 数 、 改 进工艺 ， 能有效 地控制巷道 围岩变形 。 作者简介 刘金虎 1 9 6 8 一 ， 男 ， 江 苏邳 州人 ， 2 0 0 6年毕业 于 中国 矿业大学机电工程 专业 ， 现为徐州 矿务集团有限公 司技 术中心工 程师。 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 1 3 编辑 叶忠群