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摘要:近年来,山东枣矿集团大力开展煤巷支护改革,积极推广煤巷围岩锚固技术在东部矿区十四煤层条件下的应用,取得了良好的经济效益和社会效益。
关键词:煤巷支护参数锚杆支护形式
1 概述
山东枣矿集团东部矿区十四煤层巷道传统的支护形式为11号工字钢架梯形棚支护。这种支护为被动支护,加上十四煤层煤岩层易风化,煤岩层遇水极易软化变形,在巷道开掘后煤岩具有较强的流变性,不易稳定,经过多次修复仍变形严重。据统计,回采工作面上下巷掘进后到采煤工作面结束,一般需要扩修2-3次。不仅浪费了大量的维修费用,而且严重影响了安全生产。
为了从根本上解决十四煤层支护问题,通过总结分析,并针对十四煤层的特点深入进行理论和技术研究,寻找适合不同变形力学机制的新型支护技术,决定在东部矿区十四煤1413炮采工作面上下巷试验应用煤巷锚网支护技术。
2 煤巷锚网支护技术的支护作用原理
针对十四煤层巷道的岩性特征,经测定及计算,确定十四煤层顶板围岩松动圈为B=14mm,两帮破坏深度为B=1.366mm。最理想的支护技术就是锚网,锚杆的悬吊作用是在稳定的岩石上将破碎松动的岩石进行悬吊,挖开层状岩体后,对锚杆进行及时的加固,减少松脱带的高度,同时松脱岩体的残余强度得以提高,直接顶下沉减少,并且能够对离层量进行限制,锚杆的载荷进一步减少。锚杆组合梁的作用主要表现为:由于直接顶较厚,在上部稳定岩层的表面,直接顶无法用锚杆进行悬吊时,在这种情况下使得顶板下沉和离层,进一步沿层面产生垂直和水平方向的位移,通过将锚杆安装在顶板中,在锚杆的作用下会增大层面间的摩擦力,阻止岩石沿层面继续滑动,从而提高岩层的稳定性。在巷道两帮的围岩中,锚杆的挤压加固作用形成一挤压加固带,提高围岩的自承能力。
3 锚网支护参数设计
3.1 锚杆参数与锚杆间排距的确定。对于锚杆支护参数,通过数值模拟实验可以得出优化结论:从垂直应力、垂直位移两个方面,在锚杆间排距依次为1.2m、0.8m、0.7m、0.6m等情况下,随着锚杆间排距的减小,巷道围岩变形在锚杆间排距缩到0.7m后已经非常轻微。结合现场的实际情况,锚杆长度、锚杆间排距分别2m、0.7m。
3.2 锚杆支护参数的匹配与设计巷道支护。锚杆支护参数匹配包括锚杆直径与钻孔直径及锚固长度匹配、预紧力与锚固力匹配等。最后,顶板选用16Mn螺纹钢,锚杆长度2.0m,直径18mm,间排距0.7m;帮锚杆选用16Mn螺纹钢,锚杆长度2.0m,直径18mm,间排距0.7m。每根锚杆配用¢3mm*350mm树脂药包2卷,通过金属托盘配加强螺母对顶锚杆进行处理,用木托盘加金属托盘对帮锚杆进行处理,煤帮均铺设与顶板相同的钢筋网,以增强煤巷软煤帮的直立和稳定效果。网搭接100mm,并用10号铁丝绑扎牢固,锚杆布置及巷道断面如图1所示。
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图1
3.3 锚杆支护的技术要求。锚杆支护要求主要包括:①按《煤矿安全规程》规定和程序操作,确定锚杆规格、托盘、螺母、药卷的质量。②在螺母预紧力方面,矩顶锚杆要大于100kN,帮锚杆大于60kN。③对锚杆进行拉力實验,顶锚杆和帮锚杆的锚固力不得低于100kN、60kN。④观测巷道顶板的离层,为采取下一步措施提供参考依据。⑤在巷道顶板破碎地段要及时修改支护参数,加密锚杆。
4 锚网支护效果及效益分析
4.1 锚网支护效果。利用锚网支护的挤压加固原理,采用强度较大、整体性较好的钢筋网配合树脂锚杆支护,在巷道围岩中形成挤压加固带,提高围岩的自承能力,有效地控制了围岩变形,从而提高巷道支护的整体稳定性。在掘进中及时对巷道顶板及两帮进行了锚固试验,顶部、两帮锚杆锚固力均大于40kN,满足设计要求。
4.2 效益分析。①锚网支护材料轻便、量少,容易运输,减轻工人体力。提高了劳动生产效率。②锚杆支护和金属支架的巷道相比,支护材料的投入减少,巷道支护材料费用大幅度下降。③推广锚杆支护,矿井坑木消耗量大大降低,节省了森林资源,其社会效益十分明显。
5 总结
在巷道断面设计中,该矿积极推广锚网支护技术,通过主动支护,对顶板变形进行较好地控制,巷道顶板的承载能力大大提高,同时保证了围岩的稳定性。而且材料轻便,降低了劳动强度,改变了支护形式,优化了断面设计,同时降低了巷道的高度和支护费用,取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]段铁管,竺光明,张榜雄.锚网支护技术在三软煤层中的研究与应用[J].煤炭技术,2005(09).
[2]王如林.巷道断面设计最优方案探讨[J].煤,2002(08).
[3]李玉川.试分析特大断面开切眼分次掘进支护参数优化[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2013(08).
关键词:煤巷支护参数锚杆支护形式
1 概述
山东枣矿集团东部矿区十四煤层巷道传统的支护形式为11号工字钢架梯形棚支护。这种支护为被动支护,加上十四煤层煤岩层易风化,煤岩层遇水极易软化变形,在巷道开掘后煤岩具有较强的流变性,不易稳定,经过多次修复仍变形严重。据统计,回采工作面上下巷掘进后到采煤工作面结束,一般需要扩修2-3次。不仅浪费了大量的维修费用,而且严重影响了安全生产。
为了从根本上解决十四煤层支护问题,通过总结分析,并针对十四煤层的特点深入进行理论和技术研究,寻找适合不同变形力学机制的新型支护技术,决定在东部矿区十四煤1413炮采工作面上下巷试验应用煤巷锚网支护技术。
2 煤巷锚网支护技术的支护作用原理
针对十四煤层巷道的岩性特征,经测定及计算,确定十四煤层顶板围岩松动圈为B=14mm,两帮破坏深度为B=1.366mm。最理想的支护技术就是锚网,锚杆的悬吊作用是在稳定的岩石上将破碎松动的岩石进行悬吊,挖开层状岩体后,对锚杆进行及时的加固,减少松脱带的高度,同时松脱岩体的残余强度得以提高,直接顶下沉减少,并且能够对离层量进行限制,锚杆的载荷进一步减少。锚杆组合梁的作用主要表现为:由于直接顶较厚,在上部稳定岩层的表面,直接顶无法用锚杆进行悬吊时,在这种情况下使得顶板下沉和离层,进一步沿层面产生垂直和水平方向的位移,通过将锚杆安装在顶板中,在锚杆的作用下会增大层面间的摩擦力,阻止岩石沿层面继续滑动,从而提高岩层的稳定性。在巷道两帮的围岩中,锚杆的挤压加固作用形成一挤压加固带,提高围岩的自承能力。
3 锚网支护参数设计
3.1 锚杆参数与锚杆间排距的确定。对于锚杆支护参数,通过数值模拟实验可以得出优化结论:从垂直应力、垂直位移两个方面,在锚杆间排距依次为1.2m、0.8m、0.7m、0.6m等情况下,随着锚杆间排距的减小,巷道围岩变形在锚杆间排距缩到0.7m后已经非常轻微。结合现场的实际情况,锚杆长度、锚杆间排距分别2m、0.7m。
3.2 锚杆支护参数的匹配与设计巷道支护。锚杆支护参数匹配包括锚杆直径与钻孔直径及锚固长度匹配、预紧力与锚固力匹配等。最后,顶板选用16Mn螺纹钢,锚杆长度2.0m,直径18mm,间排距0.7m;帮锚杆选用16Mn螺纹钢,锚杆长度2.0m,直径18mm,间排距0.7m。每根锚杆配用¢3mm*350mm树脂药包2卷,通过金属托盘配加强螺母对顶锚杆进行处理,用木托盘加金属托盘对帮锚杆进行处理,煤帮均铺设与顶板相同的钢筋网,以增强煤巷软煤帮的直立和稳定效果。网搭接100mm,并用10号铁丝绑扎牢固,锚杆布置及巷道断面如图1所示。
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图1
3.3 锚杆支护的技术要求。锚杆支护要求主要包括:①按《煤矿安全规程》规定和程序操作,确定锚杆规格、托盘、螺母、药卷的质量。②在螺母预紧力方面,矩顶锚杆要大于100kN,帮锚杆大于60kN。③对锚杆进行拉力實验,顶锚杆和帮锚杆的锚固力不得低于100kN、60kN。④观测巷道顶板的离层,为采取下一步措施提供参考依据。⑤在巷道顶板破碎地段要及时修改支护参数,加密锚杆。
4 锚网支护效果及效益分析
4.1 锚网支护效果。利用锚网支护的挤压加固原理,采用强度较大、整体性较好的钢筋网配合树脂锚杆支护,在巷道围岩中形成挤压加固带,提高围岩的自承能力,有效地控制了围岩变形,从而提高巷道支护的整体稳定性。在掘进中及时对巷道顶板及两帮进行了锚固试验,顶部、两帮锚杆锚固力均大于40kN,满足设计要求。
4.2 效益分析。①锚网支护材料轻便、量少,容易运输,减轻工人体力。提高了劳动生产效率。②锚杆支护和金属支架的巷道相比,支护材料的投入减少,巷道支护材料费用大幅度下降。③推广锚杆支护,矿井坑木消耗量大大降低,节省了森林资源,其社会效益十分明显。
5 总结
在巷道断面设计中,该矿积极推广锚网支护技术,通过主动支护,对顶板变形进行较好地控制,巷道顶板的承载能力大大提高,同时保证了围岩的稳定性。而且材料轻便,降低了劳动强度,改变了支护形式,优化了断面设计,同时降低了巷道的高度和支护费用,取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]段铁管,竺光明,张榜雄.锚网支护技术在三软煤层中的研究与应用[J].煤炭技术,2005(09).
[2]王如林.巷道断面设计最优方案探讨[J].煤,2002(08).
[3]李玉川.试分析特大断面开切眼分次掘进支护参数优化[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2013(08).