唐口煤矿深部高地压巷道支护优化研究.pdf

2 0 1 4年第 6期 堪蕉 舛救 5 3 唐 口煤矿深部高地压巷道支护优化研究 高 乐 山东能源集团有限公司， 山东 济南2 5 0 0 1 4 摘要针对唐 口煤矿 高地压 力作 用下， 深部巷道锚杆和锚 索没有形成 良好的 匹配关 系， 没有协同受力 ， 出现 了严 重的变形破 坏 ， 通过优化巷道 支护 方式、 施 工工艺， 采 用高强锚杆 和 高预 应力锚 索支护主体 ， 较好 的控 制 了高应 力、 动压影 响岩巷 围岩 变 形 ， 与原 支护相 比， 支护效果有 了明显提 高。 关键词深部 开采高地压 力 支护优化施 工工艺 中图分类号T D 3 5 3 文献标识码B d 0 i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 2 3 Op t i mi z a t i o n r e s e ar c h ab o ut de e p h i g h - pr e s s ur e r oa d wa y s u pp or t of Tan g Ko u c o a l mi ne Ga o L e S h a n d o n g E n e r g y G r o u p C O． ， L T D，J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 0 1 4 Ab s t r a c t F o r c o a l o f T a n g Ko u c o a l mi n e u n d e r h i g h p r e s s u r e ，d e e p r o a d wa y b o l t a n d a n c h o r h a v e n o t f o r me d a g o o d ma t c h i n g r e l a t i o n s h i p， a n d h a v e n o c o l l a b o r a t i v e f o r c e ． W h i c h a p p e a r e d a s e r i o u s d e f o r ma t i o n a n d f a i l u r e ． B y o p t i mi z i n g t h e wa y o f r o a d w a y s u p p o a n d t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ，a n d a d o p t i n g t h e h i g h s t r e n g t h b o l t a n d h i g h p r e s t r e s s e d a n c h o r a s ma i n s u p p o b o d y ．I t g o t a b e t t e r c o n t r o l o f h i g h s t r e s s a n d t h e r o c k d e f o rm a t i o n o f r o c k r o a d w a y u n d e r d y n a mi c p r e s s u r e ．C o mp a r e d wi t h t h e o ri g i n a l s u p p o ，s u p p o fl i n g e f f e c t h a s b e e n s i g n i fi c a n t l y i mp r o v e d ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g h i g h g r o u n d p r e s s u r e s u p p o r t o p t i mi z a t i o n c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o gy 1 工程 概 况 唐口煤矿南部 区域共划分为 6个采 区， 布置 三 条主要开拓大巷 ， 每条大巷设计长度约4 5 0 0 m。南部 轨道大巷 、 南部 胶 带 大巷 外 段均 位 于 3上煤 层顶 板 砂岩中， 平均抗压强度为 3 0 M P a ， 属二类顶底板。大 巷与3上煤层距离2～ 8 0 m， 岩层倾角 3 。 ～ 5 。 ， 平均角 度 4 。 ， 底 板 以粉 砂 岩 中 砂 岩为 主 ， 平 均 抗压 强 度 为 4 0 MP a 左右 ， 属 较稳 定 顶底 板 。南 部 大巷 顶底 板 岩 性 特征如表 1 所示 。 2 原巷道情况 南部轨道大巷采 用直墙半 圆拱形 断面 ， 净断 面 2 3 ． 0 m 。 锚杆支护 采用 2 0 2 0 0 0 m m全螺纹等强度锚 杆 ， 问排距 7 0 0l O 0 0 m m， 每条锚杆用 C K 2 8 5 0树脂 收稿 日期2 0 1 4 0 3 0 4 作者简 介 高乐 1 9 8 2一 ， 男 ， 2 0 0 5年毕业于 山东科技 大学， 本科 学历 ， 现 工作于山东能源集团有限公 司技 术研发 中心。 药卷 2支 。 表 1 南部大巷顶底板岩性 顶底板 岩石 厚度 岩性特征 名称 名称 m 砂岩 浅灰 白色 ， 石英为 主， 长石次之 ， 泥质胶 老顶 8 ． 5 结 ， 直立 裂隙发育 ， 且被 方解石充填 ， 夹 互层 泥岩薄 层。 直接顶 粉砂 岩 6 ． 0 灰黑 色， 水平层理 ， 松软易碎。 黑色 ， 油脂光泽 ， 以亮煤 为主 ， 含有丝碳 3 煤 3 ， 半 亮 型 煤 ， 内 生 裂 隙 平 坦 状 断 口， 块状 。 深灰色， 水平层理， 参差状断口， 具直立 直接底 粉砂岩 3 ．2 裂隙 ，且被方解石充填 。 灰色 ， 含少量黄铁 矿小结核及 不完整植 老底 粉砂 岩 4 ． O 物叶化石 ， 含鳞木化石 ， 局部夹煤线 ， 缓 波状层理， 断口平坦， 垂直裂隙发育。 灰白色 ， 成分 以石英长石 为主 ， 含 少量 中砂岩 4 ． 5 暗色矿物 ， 分选 中等 ， 次 圆状 ， 孔隙式粘 土质结 。 五髓蒺 针技 2 0 1 4 年 第 6 期 金属网 采用 O 6 ． 5 m m冷拔钢筋预应力拉伸后 焊 制 而 成 ，规 格 为 1 5 0 0 1 2 0 0 m m，网 格1 5 0 1 5 0 mm。 锚索支护 拱部采用 T形钢带 ， 其排距 1 0 0 0 m m， 金属棚用 5条锚索线锚 固， 采用 O1 7 ． 86 3 0 0 m m锚 索线 ， 每孔 3块 C K 2 3 5 0 药卷锚固。墙部采用 T型钢 带制作锚索梁， 竖向布置， 排距 1 0 0 0 m m。锚索梁用 2 条锚索线锚固， 采用 O 1 7 ． 8 4 3 0 0 m m锚索线， 每孔 3 块 C K 2 3 5 0药卷锚 固。 喷浆支护 喷砼设计强度为 C 2 0 ， 喷厚 2 0 0 ra m。 受 深井 地 压 影 响 ， 南 部 已掘 巷 道 变 形 非 常 严 重 ， 严 重 影 响 了掘 进 速 度 ， 月 进 尺 6 0 m左 右 。变 形巷道反复落底高度 占整个巷道高度 的二分之一 左右 ， 有的甚至达到了三分之二 ， 每条巷道底鼓处 理 4～5次 以上 后 ， 底鼓 变 形才 相 对 减缓 。根 据 观 测 ， 巷 道 掘 出后 6个 月左 右 ， 收敛 变 形 量 在 3 0 0 5 0 0 m m左 右， 巷道 开裂 破坏 部位 一般集 中于拱 部 ， 受垂直、 水平地应力作用 ， 拱部两肩挤压 ， 造成 T形钢带折断 ， 个别地段锚杆 、 锚索被拉断 ， 锚杆 破坏 程度 相对 较少 。 3 支护方式优化 3 ． 1 锚杆参数 经钻孔窥视仪探测 ， 迎头爆破后 2 m处顶板岩 层明显裂 隙范 围在 1 ． 6 m左右 ， 估 计 围岩微 裂隙 应 在 2 ． 0 m左 右 ， 随 着 迎 头 掘 进 而 不 断 向深 部 发 展 ， 围岩松动圈仍会随巷道变形继续扩大， 示意 图 如图 1 、 图 2 。根据现 场观 测及仪表监 测情 况分 析 ， 顶板锚杆破断率较小 ， 而锚索剪 断率相 当高 ， 说明锚杆 、 锚索无法形成统一支护体系 ， 当离层深 度超过锚 固长度 时， 造成锚索在顶板受压情况下 只起悬 吊作用 ， 易受锚梁变形作用而剪断， 故顶板 选 用 长度 为 2 ． 4 m的左 旋高 强螺 纹钢 锚 杆 。 一 一 图 1 深 1 ． 6 1 m 图2深 2 ． 1 7 m 3 ． 2 锚 索参数 受深井地 压影 响 ， 稳 定岩 层 逐渐 相变 为松 散 岩 层， 造成锚杆失效， 通过全长锚固作用 ， 把浅层松动 圈内的松散岩层加固起来 ， 形成高强抵抗拱， 再通过 高强锚索悬吊作用 ， 把高强抵抗拱与深部围岩联系 起来 ， 形成 一个 整 体 加 固 系统 ， 保 证 巷道 的整 体 稳 定， 锚索采用直径 1 7 ． 8 m m， 长度 4 ． 3 m钢绞线截制。 3 ． 3 表面质量控制 巷道 的表 面控 制对 于整 个支 护 系统 至关 重要 ， 为了有效发挥锚杆、 锚索的共同作用， 同时有效控制 围岩表面， 采用由T形钢带、 焊接金属网及喷射砼配 合锚杆 、 锚索使用， 形成锚网索喷永久支护， 同时为 了增加围岩表面受力面积， 采用面积较大、 强度较高 的 1 5 0 1 5 01 0 m m高强托盘。 3 ． 4支护 方案 1 巷道 断面 采 用马 蹄形 断面 ， 二 次支 护滞 后 迎头 5 0 m进行。 2 支护参数 锚杆 采用 0 2 2的左旋高强螺纹钢锚杆， 长度 2 4 0 0 m m， 间排距 1 0 0 0 8 0 0 m m， 采用 3支树脂药卷全 长锚 固， 顶 部 一 支 C K 2 3 6 0速凝 药 卷， 下 端 两 块 C Z 2 3 6 0缓凝药卷。 锚 索 采用 O1 7 ． 8 m m的低 松弛预 应力钢绞 线截 制， 钢绞线长度 4 3 0 0 ra m， 每棵锚索使用 C K 2 3 5 0树脂 药卷 3支 。锚索布置 在两锚杆 中间 ， 排距 为 1 0 0 0 m m 固定梯形钢带 。 梯形钢 带 顶部 采 用 外 半 径 R3 0 0 0 m m， 弧 长 5 0 0 0 m m 8孔 ， 孔间距 8 0 0 ra m 的梯形钢 带 ， 棚距 中至 中 1 0 0 0 ra m。肩窝处梯形钢带长 1 6 0 0 m m， 顺 巷道布 置， 2孔， 孑 L 距中至中 1 0 0 0 ra m。两帮采用梯形钢带长 1 8 0 0 m m， 2孔， 孔距中至中 1 4 0 0 m m， 排距 1 0 0 0 m m。 网片 金 属 网 由 O 6 ． 5 m m 钢 筋 制 作 ， 网格 1 0 0 1 0 0mm。 喷射 混凝 土 喷射 砼 强 度等 级 C 2 0 ， 喷射 厚 度 1 5 0 ra m。 4 施工方法及施工工艺 施工方案采用预留光爆层光面爆破法施工， P一 9 0 B耙装机耙装 ， S P J 8 0 0型皮带运输。正台阶分层 掘进 ， 上分层高约 2 ． 4 m， 下分层约 1 ． 6 m， 上下分层拖 距 不大于 7 m。一掘一锚 网， 两掘一初喷 ， 耙装机距迎 头的最 大距 离不大 于 3 0 m， 初 喷厚度 不 小于 5 0 ra m， 工作面爆破前初喷距工作面不大于 4 ． 0 m， 复喷成巷 距工作面不大于2 5 m。 上分 层锚杆最小空 顶为3 0 0 m m， 最 大空顶距 为 下转第 5 9页 2 0 1 4年第 6期 互髓晨 针挝 5 9 斯主要来 自采空区积聚源瓦斯。当阴天或雨天时， 由于大气压较晴天时大 ， 导致采空区瓦斯气体处于 压缩状态 ， 扩散 到工作 面的 瓦斯 量不 大且 比较 均匀 。 所 以瓦斯涌 出异 常经 常 发生 在 天 空晴 朗 、 温 差 较大 的中午 ， 要特别 引起关 注。 常村煤矿经过分析研究 ， 在每年的4月至 8月， 采取有效地 防治 瓦斯 涌出异常的措施 1 加强瓦斯抽采管理工作， 禁止抽采管路漏气 现象 ； 2 加强检查采煤工作面上隅角的局部瓦斯浓 度， 及时把高浓度瓦斯抽走， 提高抽采率 ， 降低回风 流瓦斯浓度 ； 3 调整割煤、 放煤 、 检修时间， 上午 9 O 0至 1 6 0 0安排为检修时间； 4 加强采煤工作面上隅角通风， 割煤机停机时 停放在工作面下半部， 回风巷 白天禁止长时间停放 吨车等大物件， 确保回风顺畅。 在每年 的 1 1 月至次年 的 1月 ， 在 每天 瓦斯 涌 出 较小的时段和每月的检修 日减少瓦斯抽放泵的运行 时间， 降低电费， 降低成本。 4结 语 通过对 常村煤矿综 放工作 面的 瓦斯 涌 出规律 的 研究 ， 分析 出大气压力变化对义 马矿区的影响。在 地面大气压力较小的4月至 8 月 ， 重点做好采煤工作 面的瓦斯防治工作， 这段时间要加强关注采煤工作 面上 隅角及 回风 巷 的瓦斯 涌 出量 ， 采 用 防治 瓦斯 的 有效措施， 提高瓦斯抽采效率 ， 通过上隅角回风的合 理布局 ， 有效地防治瓦斯异常涌 出。在地面大气压 力较高 的 1 1 月至次年 1 月 ， 适 当停 止瓦斯 抽放泵 的 运行 ， 则可以节能降耗， 降低成本。 【 参考文献】 [ 1 ] 袁亮， 葛世 荣， 黄盛初， 等． 煤矿总工程师技术手册 [ M] ． 北京 煤炭工业出版社． 2 0 1 0 9 6 01 0 0 0 ． [ 2 ] 煤矿通风与安全 编写组． 煤矿通风与安全． 北京 煤 炭 工 业 出版社 ． 1 9 7 9． 上接 第 5 4页 3 0 0 ra m加一个循 环进 尺 ； 起 底后 下 分层 锚 杆 拖后 不 超过 8 0 0 ra m； 锚索 布置在两排锚杆 中间， 拖后迎头 5 0 m在耙装机后搭设工作 台打设。锚索支护完后， 再 复喷成巷 。 施工工 艺 打 眼一 装 药爆破 一 敲 帮 问顶一 前 探 支护一出矸一顶板锚 网支护一 两帮锚 网支 护一初 喷 一起 底一出矸一移机一锚索 支护一机后 复喷成巷 5 支护效果 掘进 期间巷道 围岩表 面 位移 与距 离 曲线如 图 3 所示 。从 图 中可 以看 出 ， 掘 进 工作 面 正常 掘进 施 加 锚索耦合支护后， 巷道围岩变形基本得到控制， 并趋 于稳定 。 距迎距离 m 图3 掘进期间巷道围岩表面位移一距迎头距离曲线 经开挖后 6 5天表面位移观测 ， 累计顶底板移进 量为 6 0 ra m、 两帮 累计移近量 为 l O O m m。从 表面位 移 观测数据及巷道宏观状况总体来看 ， 巷道表面位移 不大 ， 巷道无 明显变形 特征 ， 锚杆 、 锚索受 力稳定 ， 围 岩变形趋 于减 弱。顶底 移 近量 主要 以底 鼓 为主 ， 巷 道围岩变形经过开挖影 响 阶段后 ， 基本处 于稳定 ， 说 明支护方式能够满足支护要求 。 【 参考文献】 [ 1 ] 张玉祥， 包四根 ．复杂地质体 中地下硐 室的施工优 化与稳定性评价[ J ] ．岩石力学与工程学报， 2 0 0 0 ， 1 9 6 ． [ 2 ] 周新贞．软岩巷道支护实践[ J ] ．煤矿支护， 2 0 0 6 ， 3 ． [ 3 ] 万志军， 李学华， 刘增平， 等 ．许厂煤矿松碎不稳定 围岩巷道锚 网索支护技 术 [ J ] ．采 矿 与安全 工程 学 报 ， 2 0 0 7 ， 2 4 4 ． [ 4 ] 柏建彪， 侯朝炯 ．深部巷道围岩控制原理与应用研 究[ J ] ．中国矿业大学学报， 2 0 0 6 ， 3 5 3 ．