m8煤层回风巷支护技术深化研究

1、M8 煤层回风巷支护技术深化研究 熊光勇 陈聪 松藻煤电有限责任公司渝阳煤矿 摘 要： 渝阳煤矿 M8煤层回采巷道, 采用 EBZ-135 型掘进机一次性切割成巷, 采用 11号矿用工字钢架棚支护, 排材、竹笆片背顶、背帮, 棚间距 0.5 m, 能满足在无回采情况下的巷道支护。但在回采过程中, 尤其是靠采空区侧的回风巷变形破坏严重, 两帮最大移近量可达 2.2 m, 给矿井安全生产带来了重大的安全隐患。因此对 M8煤层回风巷支护方式作进一步深化研究。关键词： 回采巷道; 架棚支护; 变形; 封顶; 移近量; 作者简介：熊光勇 (1980-) , 男, 工程师, 毕业于重庆大学采矿工程专业, 主要从事煤矿采掘技术工作。收稿日期：2017-06-05Received： 2017-06-051 N2812 回风巷概况1.1 N2812 回风巷位置N2812 回风巷位于+150 m 水平的北二东区, N2812 回风巷下南与 N2812 中部回风斜坡相连, 北与 N2812 切割巷相连, 西与 N2810 运输巷相邻, 东与 N2812 瓦斯巷相邻。地面标高+613+724 m, 井下标高+

2、215+347 m, 埋深在 270480 m之间。N2812 回风巷位置如图 1 所示。图 1 N2812 回风巷与相邻巷道位置关系 下载原图1.2 煤层及顶底板相关参数M8煤层为黑色半亮型煤, 似金属光泽, 叶片状结构, 层状构造, 含黄铁矿结核, 内生裂隙发育, 质松, 上部呈粉末状, M 8煤层厚度稳定, 煤厚为 2.152.66 m, 平均煤厚 2.30 m。N2812 回风巷煤层相关参数如表 1 所示, 煤层综合柱状如图2 所示。表 1 N2812 回风巷煤层参数 下载原表 图 2 煤层综合柱状 下载原图2 巷道支护方案设计2.1 原巷道设计及其支护原 N2812 回风巷施工设计沿煤层倾向布置, 回风巷与原采空区工作面 N2810 运输巷中对中留 12 m 煤柱 (净煤柱约 8 m) 。巷道按中线掘进、沿煤层顶板施工。支护采用 11 号矿用工字钢架棚支护, 棚距 0.5 m, 排材和竹笆片背顶、背帮。其断面形状和规格尺寸:净上宽 2.9 m, 净下宽 4.0 m, 净高 2.2 m (至轨面) , 净断面积 8.3 m, 掘进断面 10.0 m。N2812 回风巷架棚支护设

3、计如图 3 所示。图 3 N2812 回风巷架棚支护设计 下载原图2.2 巷道断面优化设计及其支护2.2.1 方案 1, 锚网梁索支护2.2.1.1 参数确定方法选择锚杆、锚索参数在理论计算的基础上, 结合工程经验, 采用工程类比法确定。2.2.1.2 锚杆参数确定(1) 锚杆长度。根据组合梁理论, 按照下列公式计算巷道顶板锚杆长度:式中, L 为锚杆长度, m;N 为围岩影响参数, 取 1.2;W 为巷道跨度, 按设计取3.6m。经计算, L=2.232 m。根据计算结果并结合工程实际, L 取 2.4 m。巷道两帮锚杆作用是主要限制巷道两帮岩体或煤表面的松散变形破坏。因此, 巷道两帮锚杆长度按 2.4 m 考虑。(2) 锚杆间排距。根据国内许多矿井采用锚杆支护的经验, 为便于现场操作, 锚杆的间距和排距可以采用相同值。一般而言, 锚杆支护的间、排距 D 与锚杆长度 L 应满足如下关系:考虑现场施工偏差, 锚杆间、排距均取 0.8 m。(3) 锚杆直径。锚杆直径可按下列经验公式计算:根据上述计算结果, 结合过去锚杆的使用经验, 为确保施工安全, 巷道顶板及两帮均选用覬 22 mm 的

4、 20Mn Si 热轧细牙等强右旋螺纹钢式树脂锚杆, 顶板及两帮锚杆长度均取 2.4 m, 间排距均为 0.8 m0.8 m。顶板锚杆锚固力不低于 125 k N, 帮锚杆锚固力不低于 60 k N。2.2.1.3 锚索参数确定锚索的作用是靠自身强大的承载能力, 将巷道顶板邻近岩层自重传递到远离巷道顶板的上覆坚硬岩层上, 从而将大幅减轻巷道两帮一定范围的支承压力及相应的底板压力, 这对于防止两帮变形和底鼓会起到重要作用。(1) 锚索长度确定式中, L 为锚索总长度, m;L a为锚索深入到稳定岩层的锚固长度, 取 2.2 m;Lb为需要悬吊的不稳定岩层厚度, 取 2.5 m;Lc为上托盘及锚具的厚度, 一般取0.1 m;Ld为需要外露的张拉长度, 一般取 0.2 m。(2) 锚索锚固力确定。一般而言, 巷道锚索的锚固力不低于 200 k N。(3) 锚索的间排距。锚索间排距根据锚杆失效时, 锚索所承担的岩层质量确定1。按每排布置 1 根锚索考虑, 则锚索排距:式中:a 为巷道宽度, 取 3.6 m; 为上覆岩层平均体积质量, 取 2.5 k N/m; a为单根锚索的极限破断力, 取 2

5、60 k N;k 为安全系数, 取 3。为确保安全和锚索能够达到较好的支护效果, 选取锚索的排距为 1.6 m, 每排布置 3 根锚索。因此, N2812 回风巷永久支护, 顶板采用锚杆+锚索+托梁 (12 mm 圆钢) +菱形金属网的联合支护方式;两帮采用锚杆+菱形金属网的联合支护方式。为了满足巷道的运输能力和行人安全, 设计巷道为矩形断面, 高度 2.6 m (净高 2.3 m) , 宽度 3.8 m (净宽 3.6 m) , 净断面积 8.3 m, 掘进断面 10.0 m。锚杆排距 800 mm2-3。永久支护设计如图 4 所示。图 4 N2812 回风巷锚网梁索支护设计 下载原图2.2.2 方案 2, 拱型可缩性支架支护支护采用 25U 型可缩性支架支护, 棚距 0.7 m, 排材和竹笆片背顶、背帮, 断面形状和规格尺寸:中部净宽 3.5 m, 净高 2.6 m (至轨面) , 净断面积 8.7 m, 掘进断面 9.5 m。永久支护设计如图 5 所示。图 5 N2812 回风巷拱型可缩性支架支护设计 下载原图3 现场试验现场试验时间 2016-09-2211-18。采用三班制作

6、业 (两班作业一班检修) , 3种不同支护方式施工, 共完成井巷施工 279 m, 无人员受伤和顶板垮塌事故, 实现了安全生产。3 种不同支护施工进度如表 2 所示。表 2 N2812 回风巷 3 种不同支护施工进度情况 下载原表 4 矿压观测分析通过对 N2812 回风巷 3 种不同支护方式进行了巷道变形观测, 锚网梁索支护巷道宽度变形在 3170 mm 之间、高度变形在 210 mm 之间;架棚支护巷道宽度变形在 180800 mm 之间、高度变形在 170240 mm 之间;拱支支护巷道宽度变形为0、高度变形在 040 mm 之间。由此可见, 锚网梁索支护或拱支支护效果明显好于架棚支护。5 支护成本分析架棚支护成本 1 894 元/m, 锚网梁索支护成本 1 357.2 元/m, 拱形可缩性支架支护成本 2 497.1 元/m。经比较可知, 锚网梁索支护成本较其它 2 种支护成本低, 具有较好的经济效益。6 结论通过在 N2812 回风巷采用不同支护方式的试验可以看出, 锚网梁索支护或拱型可缩性支架支护在支护效果上明显优于架棚支护方式, 且能够满足矿井生产的需要, 可在同类煤层条件下推广应用。参考文献1高廷发, 张庆松.矿山岩体力学M.徐州:中国矿业大学出版社, 2000. 2李彦斌, 杨永康, 苏学贵.埋深对巷道围岩稳定性影响研究J.太原理工大学学报, 2011, 42 (6) :603-606. 3东兆星, 吴士良.井巷工程M.徐州:中国矿业大学出版社, 2006.

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