深部煤巷锚杆支护的技术研究与实践.pdf

科技信息 0矿业论坛0 S C I E N C ET E C HN OL OG YI N F OR MA T I ON 2 0 1 1年第 1 3期 深部煤巷锚杆支护的技术研究与实践 王玮 徐州 矿务 集团三 河尖煤 矿党政 办江苏沛县2 2 1 6 1 3 【 摘要】 徐矿集 团三河尖煤矿 7 2 2 0 1工作 面开采深度超过 1 0 0 0米， 原巷道锚杆支护参数是按照深部岩层的力学特性进行的设计 。 后 经地 应力测试结果表明 ， 该 区域的地应 力比预计要小 ， 现场也没有发现深部开采 “ 三高一扰动” 高地应 力、 高岩溶水压的特征 。鉴于此经过对巷道 支 护参数的优化 ， 提 高了掘进 效率， 降低 了支护成本 。 【 关键词 】 深部开采； 支护参数 ； 优化 0概 况 三河尖煤矿位于徐州市 沛县龙 固镇 境内 ． 地处苏鲁边界 ． 东临昭 阳湖 、 西临丰县、 北与山东省鱼台县接壤。7 2 2 0 1综采工作面是该矿南 翼采区首采工作 面， 该工作面位 于一 9 8 0水平南二采区 如图 1 。该面 煤层 为二叠 系山西组 7层煤 ， 煤层 厚度 0 ． 8 ～ 3 ． 5 m 平均 2 ． 4 1 m 1 、 倾 角 1 4 ～ 2 2 。 。 该 面煤层厚度不均匀 ， 局部受冲刷影响煤层变薄 。 直接顶为砂 泥岩， 厚度 0 ～ 6 ． 5 m。局部受冲刷影 响直接顶为中细砂岩 。老顶为中细 砂岩， 厚度 2 ． 3 m。直接底为砂泥岩 ， 厚度 1 6 ．2 m。老底为 中砂岩 ， 厚度 4．5 m 。 1 问题 的 提 出 7 2 2 0 1工作 面所处的南二采 区是南翼首采区 ， 该采区位于一 9 8 0水 平 ， 巷道埋 深大。原来 7 2 2 0 1 工作 面两道在支护参数的设计是按照深 部岩层的力学特性 ，比对一 7 0 0水平的巷道支护参数按 照工程类 比法 确定的。 在 掘进施工过程中 ， 由于顶板岩性为中细砂岩 ． 普式硬度系数 f 7 ， 且厚 度超过 6 m， 现有的锚 杆支护参 数不仅 对材料 的消耗量较大 ， 无形中增加了煤 炭的开采成本 ， 工人劳动 强度 大 ， 而且严重影响 了掘 进进度 。 降低 了单进水 平， 导致工作面接续紧张 。 于是通过多方讨论决 定对 7 2 2 0 1工作面支护参数进行优化。 通过分析一 9 8 0水平巷道地应力测试的结果 ，对 7 2 2 0 1工作面的 锚杆支护参数进行 了优化 ， 通过对优化支护参数后 的支护效果跟踪观 测 ， 效果 十分明显 。不仅巷道支护工程量 比以前小 ， 节省了材料 ， 降低 了开采成本， 并且巷道 围岩的控制效果等 同于原设计方案 。 巷道支护采用锚梁 网索 联合支护方式 ．设计巷道断 面尺寸为 宽 4 5 0 0 ra m， 上 帮 3 0 2 5 mm， 下帮 1 9 0 0 ra m， 顶板锚杆 采用 2 2 mm左旋无 纵筋螺纹钢等强锚杆 ， 长 2 5 0 0 m m， 问排距 7 5 0 ra m， 平行布置 。帮部锚 杆采用 2 2 mm左旋 无纵筋等强螺纹钢锚杆 ， 长 2 4 0 0 ra m 上帮锚杆 间 距 7 5 0 mm， 下帮间距 7 0 0 ram， 排距 7 5 0 m m。 3 ．2 支护参数优化方案 根据三河尖矿 7煤 的赋存与开采情况， 通 过与中国矿业大学的合 作 ， 对南翼采区的地应 力进行 了测试 ． 测试 的结果如下 1 东三一 6 9 0回风巷 ， 最大主应 力 o - 1 3 0 MP a ， 方位角是 1 9 8 ． 5 。 ， 倾 角 为 7 1 ．5 。 2 南翼一 9 8 0回风巷， 最大主应力 ol 2 6 ． 7 MP a ， o 1的方位角是 1 7 7 。 ． 倾角为 6 1 ． 5 。 。 根据 对地应力结果的研 究我们发现 ． 南翼采区岩层的垂 直应力相 比东翼一 7 o o东三轨道石门的垂直应 力还要小 ．所 以南翼 7 2 2 0 1 工作 面的锚杆支护参数可以将一 7 0 0水平东三采 区煤巷 的锚杆支护参数作 为参 考重新设计 3 ．3 优化设计巷道尺寸 设计 巷道断面 尺寸为 宽 4 5 0 0 ra m， 下 帮 1 8 9 7 m m， 上帮 3 1 0 3 mm． 顶板锚杆采用 2 2 m m左旋无纵筋螺纹钢等强锚 杆 ， 长 2 2 0 0 ra m。 间排 距 8 2 0 m mx 8 0 0 m r n ， 平行布置。帮部锚杆采用 2 0 mm左旋无纵筋螺纹 钢等强锚 杆 ， 长 2 0 0 0 mm， 上帮 间距 9 0 0 mm， 下帮间距 7 0 0 r a m． 排距 均 为 8 0 0 ram 当直接顶厚度大于 3 r n时， 排距采用 9 0 0 m m 。 4矿 压监 测 方 案 2支 护原 则 4 ． 1 2 ． 1 不同支护技 术的组合 、同一支护 的不 同加 固形式及加 固时机 对 巷道变形 和稳定有不同的影响 ， 应当优化选择。根 据深部 软岩巷道 变 形破坏特点 ． 在进行围岩控制时应遵循以下原则 1 适应性原则。 首先要满足煤矿正常生产 的需要 ， 使所选择 的基 本支护形式在服务期间适应巷道围岩变形 ， 有 足够 的有效断 面满足生 产要求 。 2 整体性原则 。 设计支护结构与参数时应将巷道顶、 底板和两帮 看成一个整体 ， 尤其是 软岩巷道中的底板薄弱部位要施加支 护 ． 通过 支护 的作用使巷道各个 部位之间以及它们与支护结构之 间协调变形 和共 同承载 ， 从 而保证巷道的整体稳定 。 3 预留变形量原则。 由于深部巷道会出现较 大的围岩变形 ． 要保 证巷道在服务期 内满足生产需求 ， 除 了采取合理措施对其进 行维护加 固外 ， 还要在设计巷道断面时考虑一定的预留变形量 。 2 ．2支护对策与措施 采取 的具体技术措施包括 1 针对深部巷道 “ 初期来压大 、 变形速度快 ” 的特点 ， 采用高阻让 压的支护措施。 2 关键部位加强支护技术。在支 护过程 中既强调全断 面支护 的 整体性， 又对薄 弱关键 部位采取重点加强支护措施 ， 从 而防止巷道从 某个薄弱部位首先破坏而导致全断面失稳 。 3巷 道 支 护 设计 方 案 3 ． 1 原支护设计 巷道表 面位移测试 通过在巷道的两帮及 顶板布置 固定的测点 ， 测定 巷道的两帮内挤 量、 顶板下沉量 、 顶底板移近量等参数。 在测站安设后一个 月内每天测试一次 ，以后 当巷道趋于稳定后 ， 可逐 渐延 长至 每周 两次和每周一次 ， 直至巷道最终稳定 位移趋于稳 定 。 4 ． 2 顶板离层观测 采用顶板离层观测仪测试顶板岩层锚 固范围 内外位移值 。 一般设 2点 锚杆锚 固区内外各一点 ， 孔深 6 m， 孔 径 2 8 ra m。 便 于及早发现顶 板失稳的征兆 ， 以避免 冒顶事故发生 ， 并把监测数据可作为修改、 完善 锚杆支护初始设计数据的依据之一。在试验巷道 中， 每隔 5 0 m布置 1 个测站 ， 每个测站设一套顶板离层仪 ， 数据观测频率同“ 巷道表 面位移 测试 ” 。 通过对巷道支护参数优化前后的顶板 离层观测 比较 ， 观测数据如 下表 表 1 优化前后数据观测结果 顶底板移近量 两帮收缩量 位置 变形速度平均值 mr rd d 变形速度平均值 mm／ d 8 0 0 m以内 7 2 2 0 1 优化前 O ． 1 5 0 ． I 7 轨道巷 8 0 0 m 以外 0 _ 3 5 O ．1 6 f 优化后1 8 0 0 m以内 O ．I 5 0 ． 3 7 7 2 2 0 1 优化前 ， 运输巷 8 0 0 m 以外 O ．1 6 0 - 3 5 f 优化后 37 7 2 0 1 1年第 1 3期 S C I E N C E＆T E C H N O L OG YI N F OR MA T I O N 0矿业论坛 0 科技信息 5经 济效 益 、 社 会 效 益 分析 采用优化后 的支护方 案与原支护体系相比较 。 两帮位移速度和顶 底板移近 速度无 明显变化 ，顶板离 层量 仅为 6 m m，远 小于 l临界值 1 0 0 mm， 说 明巷道围岩 已基本趋于稳定 ， 支护方式完全可行 。 5 ． 1 经济效益 通过锚杆支护参数 的优化 ， 巷道支 护成 本大大下降 ， 巷道掘进速 度 也有了明显的提高 ， 大大提高了掘进单进水乎。由于优化后锚杆间 排距增加 。 锚杆长度缩短 ． 现场施工时所耗费的时间也减少了约 1 5 ％。 原锚梁网索巷道支护每排支 护锚杆 费用 4 7 4 ．5元 ． 即每米支护锚 杆费用 6 3 2 ． 7元 。而采用优化方案 支护 ，每米巷道支 护锚杆费用为 5 4 3 ． 7元 。比原设计锚杆支护系统减少费用约 8 9元， m， 见表 2 。 表 2优化后锚梁 网索支护系统 每排支护费用 材料名称 规格 单价 数量 施工费用 顶板螺纹钢锚杆 中2 2 mmx 2 2 0 0 mm 1 8 ．9 6 1 1 3 ．4 帮部螺纹钢锚杆 西2 0 mmx 2 O O O mm l 7 ． 1 7 l I 9 ． 7 锚杆附件 7 ．9 4 1 3 1 o 3 ． 2 圆钢钢带 巾1 6 mmx 4 5 0 0 mm 6 4 ． 9 1 64． 9 树脂锚 固剂 CK Z 2 3 7 0 2 ． 6 1 3 3 3 ． 8 合计 4 7 4 ． 5 5 ． 2 社会效益 由于南翼区域属地温异 常区．在掘进期间巷道温度高达 3 8 ℃。 优 化设计后 ， 减少 了锚杆数量， 缩短了现场施工时间 ， 减轻了工人的劳动 强度 ， 减少 了工人暴露在高温区域 的时间 ， 并 且增加了巷道掘进速度 为矿安全生产 的平稳接续创造 了有利条件。 6结 论 6 ． I 从巷道监测角度分析 验证 ，优化后 的巷道 围岩变形 与原设计方 案无明显变化 ， 支护强度安全可靠 ， 工程质量得 到 了保证 ， 促进了安全 生产。 6 ． 2 经过现场实践 ， 优化 锚杆支护参数后 ， 提高 了掘进速度 ， 降低 了 开采盛本， 缓解了采掘接续紧张的局面； 节约了工时， 经济效益显 著 。 ’ 【 参考文献 】 ’ [ 1 ] 李德忠， 夏新J I I ， 韩家根， 涂敏， 梁袁．深部矿井开采技术f M ] ． 中国矿业大学出 版社 ． 2 0 0 5 ． [ 2 ] 徐永圻 ．煤矿开采学【M] ． 徐州 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] 安智海 ， 张农 ， 倪建明 ， 许兴 亮．朱仙庄煤矿松软破 碎岩层巷道底鼓 控制技术 硼． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 0 8， 2 5 3 ． 【 4 ] 三河尖矿地应力报告， 北京 中国矿业大学 ， 2 0 0 7 ． [ 5 ] 何满潮， 等． 中国煤矿锚杆支护理论与实践[ M1 ．北京 科学出版社， 2 0 0 4 ． [ 6 ] 张荣立， 等． 采矿工程设计手册 】 ． 北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 7 ] 动压影响深井软岩巷道破坏机理与稳定 控制技术研究- 中国矿业大学 ． 2 0 1 0 ． 作者 简介 王玮 1 9 8 2 一 ， 男 ， 山西大 同人 ， 2 0 0 6年 毕业于 山东科技 大学采 矿工程专业， 徐州矿 务集目三河尖煤矿党政办， 矿长助理， 助理_T - 程师。 上接第4 0 3页 7 承包措施不配套、 分包工程存在漏洞 大多数建筑企业对内部队伍的承包没有相应配套的管理措施 ． 实 行承包后漏洞百 出， 致使成本超支。比如 ， 有 的承包方案规定完成多少 任务发多少工资 ， 但对材料的消耗和设备的使用 、 维修没有明确要求 ， 形成包工不包料 、 包盈不包亏。 近几年来 的工程实践中． 大多数建筑企业对劳务分包 队伍包工不 包料 ， 导致材料费用失控 ； 有 的建 筑企业 对分包 队伍 施工的部分工序 的工程数量存在重复计价现象， 导致多拨工程 款， 最后形成亏损 有的 建筑企业对分包工程的价格非常 随意 ， 没有 重新按 照定额和预算标准 进行计算 ， 仅随便定一个提取管理 费的比例就万事大吉 ， 最终提取的 管理费还不够补偿投标所开支的费用 ； 有的建筑企业甚至不考虑 中标 价格 措施 首先按照确定 总成本 目标 的方 式确定分包工程价款 其次 严格按照规定拨付和结算工程款 。 8出现 严 重 的质 量 问题 建筑企业在施工过程中出现严重的质量问题 ，从 而导致返工 、 修 复 、 推倒重来等重复施工的现象发生 ， 加大了工程成本 措施 质量成本包括故障成本、 预防成本 、 鉴定成本三部分 。建筑 企业一次性完成合格 的建筑产品也是降低成本的重要环节 ， 应把工程 质量管理 当作成本管理 的重要内容来抓 ，在施工生产中严把 质量关 ， 从施工前 的测量放样、施工中材料投入 以及施工后工程质量养 护等 ， 都必须严格按工程质量要求作业 。 避免不必要的返 工损失 9合同管理混乱 [ 责任编辑 王明朝 ] 目前 大多数建筑企业合 同管理的意识淡 薄 ， 对购货 、 雇 用人员 、 提 供服务 、 分包工程 、 承包工程等合 同知识知之甚 少 。 不理解合 同的订 立 、 合 同的效力 、 合 同的履行 、 合 同的权利义 务和违约责任 等基本要 素 ， 导致合 同管理混乱 ， 企业遭受 巨大经济损失。 措 施 合 同管理 ， 应严格按照合同进行工程结算 ， 特别是以分包工 程为主的建筑企业 ， 承包合同的工程价款应以重新编制的施工预算依 据进行确定， 另外 ， 必须指定专人负责合同管理 ， 除能够及时结算 或者 处理 的事项外 ， 其他 的与外单位或个 人的经 济往 来 ， 技术 、 用工等事 项 ， 都必须签订正式 的具有法律效力的合同 ， 不得以 口头形式约定。 在 合同履行过程 中， 要严格按照合 同有关条款进行处理。 综上所述 ， 加强成本管理 ， 建立一套切实可行的成本核算体系 ， 有 效的把现实成本 、 目标成本 、 责任成本结合起来是企业取得 良好 的经 营效益的基础 和手段 。 但是应避免在成本控制 中采用不适 当的手段损 害 国家 和业主 的利益 ， 也 不能 为了片面追求降低成本 ， 而忽视 产品质 量 ， 采用不恰 当手段或 片面追求 降低成本的结果 ， 只能是 浪费大量的 人力物力 ， 并让 国家和个人蒙受 不可估量的损失 ． 真是 得不偿失 。再 者， 我们更不能为 了片面降低成 本而拼设备 、 加班加点拼产量 。 这样会 挫伤企业职工的生产积极性， 伤害企业职工的身心健康， 从而影响企 业的长远利益 。 作者简介 夏利锐 1 9 7 5 4 一 ， 女 ， 河北藁城人 ， 在河北 冶金建设集团有限公 司第五工程分公 司从事会计 工作 。 上接第 4 1 3页 保意识薄弱 、 没有社会责任感的企业 ， 即使合作成本 较低 ， 跨 国公司也会弃之不理。 因为他们知道 ， 与这样 的企业合作意味 着承担较大的道德 风险 ，这种道德风险随时都可能转化 为商业风险 。 因此 ， 声誉 良好 、 社会责 任感强的企业就比较容易成为跨 国公司优先 选择的合作伙伴 。 所 以， 在加强对企业社会责任问题研究的同时 。 应加 大宣传力度 ， 培养企业 和政府 官员的企业社会责任意识 ． 加强企业社 37 8 [ 责任编辑 张麓] 会责任 的培训 ， 树立危机感 ， 依据 我国 劳动法 和相关法 律法规 及有 关行业劳动标 准， 使企业 自觉提高劳工标准 ， 改善劳工条件 ， 积极通过 s A 8 0 o 0 认 证 。 e [ 责任编辑 王明朝 ]