论文部分内容阅读
【摘要】针对莒山煤矿F211工作面的实际情况，依据锚杆支护原理，探讨了合理的巷道支护参数和方案，并对实施效果进行了检测和分析，证实“锚杆+锚索+金属网”联合支护在巷道的作用。并对巷道锚索进行钢丝绳联网，防止锚索喷射伤人。有效控制巷道的强烈变形，锚索联网后增强钢梁的支护，通过实验并取得良好的支护效果。
【关键词】煤巷；锚杆、锚索联网支护；钢丝绳连接锚索；防喷射应用
山西兰花集团莒山煤矿于1958年5月建矿，矿区面积9.0214Km2，生产规模90万吨/年，主要可采煤层3#煤。井下3#煤层回采巷道均沿煤层底板留顶煤掘进，梯形钢棚和木棚进行支护。长期的实践证明，梯形钢棚和木棚配合支护不仅工艺复杂、施工速度慢、效率低支护强度低，不安全因素多。
针对上述情况，我公司结合3#煤层和F211工作面巷道煤层赋存条件和施工技术水平，通过现场调研、理论分析等方法，系统研究了3#煤层及复211工作面顶底板的地质力学特性和该巷道围岩的稳定性极其相适应的锚杆支护原理，为提高复211工作面煤柱段巷道支护强度，减小煤柱集中应力对工作面回采的影响在此基础上对复211工作面进行了“锚杆+锚索+金屬网”联合支护技术实验研究，并取得了成功。
1. 实验巷道的技术条件
F211工作面两顺槽沿3#煤层底板留顶煤掘进，钻眼爆破法掘进，巷道净宽3.0米，净高2.4米，煤层厚度均稳定，煤层结构简单、层理，工作面顶板为砂质泥岩和细砂岩，顶板层理明显，局部有节理、植物化石，底部0.1m页岩节理发育。
2. 围岩松动圈及岩石力学性质测试
2.1巷道围岩松动圈测试。
（1）大量的现场测试结果表明：一般煤系地层中松动圈是普遍存在的，即使处于低应力场中巷道，围岩在地应力作用下也难以自稳，一般也要出现中、小松动圈，小的20～30cm，大的超过300cm。围岩松动圈对地下工程稳定性影响很大。因此国内外许多学者对此均进行过深入研究，其中“围岩松动圈巷道支护理论”在煤炭系统得到了广泛的应用，并取得了良好的技术经济效果。这些理论的运用都需要知道围岩松动圈的大小。因此测试围岩松动圈有非常重要的意义。
（2）围岩松动圈的实测有很多方法，其中超声波法是最常用的方法，该方法需要在钻孔中用水作为耦合剂，对强度低的围岩、软煤，钻孔成型难，注满水则更难，而且测试顶板松动圈时，测试人员往往被水淋。
（3）近年来，不需要用水作为耦合剂的钻孔摄像技术以其直观，精度高、快速经济、灵活方便、测试环境好等优点，在煤矿围岩探测中应用越来越广泛。
2.1.1测试设备。
采用YTJ20型岩层探测记录仪进行围岩松动圈厚度值测试，该设备的实物照片如图1所示。
（1）钻孔摄像测量系统结构组成。
钻孔摄像测量系统由摄像探头、图像捕获卡、深度脉冲发生器、计算机、滑轮绞车及专用电缆等组成。其中摄像探头是该系统的关键设备，它的内部包含有可获得钻孔图像的微型CCD 摄像机和提供探测照明的光源。深度脉冲发生器是该系统的定位设备之一，它由测量轮、光电转角编码器、深度信号采集板以及接口板组成。深度脉冲发生器具有两个作用：其一是确定探头的准确位置；其二是系统进行自动探测的控制量。
图1测量系统实物照片
（2）钻孔摄像测量系统工作原理。
在推杆作用下，钻孔摄像探头进入围岩钻孔中；摄像光源照射孔壁上的摄像区域；摄像机将摄取的孔壁图像经专用电缆传输至视频分配器中，一路进入录像机，记录探测的全过程，另一路进入计算机内的采集卡中进行数字化；位于绞车上的测量轮实时测量探头所处的位置，并通过接口板将深度值置于计算机内的专用端口中；由深度值控制采集卡的采集方式；钻孔图像被快速地存储起来，便于室内分析围岩松动圈厚度值，直到探头到达整个钻孔底部。
2.1.2测试方法。
在巷道围岩中钻孔，并用压风或水冲尽孔内煤岩碎块和粉末。将探测仪的CCD探头、电源、数码录像器通过电缆线连接在一起，将CCD探头安装在支撑圆管上。将CCD探头送到钻孔孔底后，开启系统电源，打开录像器开关。测量示意图见图2，具体的测量步骤如下：
（1）在选定地点打钻孔，钻孔的直径要能够放入摄像头。钻孔打好后，将钻孔中的煤岩粉吹干净，以使摄像头采集的图像清晰。
（2）将摄像头用金属杆送入钻孔内，直到摄像头到达钻孔底部为止。连接插头，打开电源，开启记录按钮，开始采集图像。
（3）将数据线绕过深度指示仪的转轮，与金属杆同步缓慢向外拉动摄像头，使采集的图像与其所处的钻孔深度一致，直到钻孔口为止。
（4）当摄像头到达钻孔口时，关闭记录，保证数据存储正确。准备下一个钻孔的测量。
2.2.2测试结果。
3.支护参数和方案设计
针对F211工作面地质赋存条件，依据锚杆支护原理，采用悬吊理论确定支护参数和方案设计如下：
3.1煤柱顶板支护：锚索+锚杆+金属网+钢丝绳联合支护。
（1）锚杆布置：锚杆间距0.9m，排拒0.9m，每排4根，采用托盘固定。锚杆为20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，托盘规格为120×120×10mm钢托盘，锚杆固定采用树脂加长锚固，锚固剂型号为K2335、Z2360，锚固长度0.95米，预紧力33KN，锚固力100KN。
（2）锚索布置：锚索规格为17.8×6200mm 1×7结构钢绞线，采用三花眼布置。布置方式为二一式，一排二根，一排一根交错布置，间距2米，排距1.6米，每隔一排打一排锚索，严禁滞后。锚固剂型号为K2335、Z2360，一支快速，两支中速，锚固长度为1.8米，预紧力为100KN，锚固力为200KN。锚索采用钢丝绳连接并进行加固。
3.2经验公式。
（1）锚杆（索）长度计算。
【关键词】煤巷；锚杆、锚索联网支护；钢丝绳连接锚索；防喷射应用
山西兰花集团莒山煤矿于1958年5月建矿，矿区面积9.0214Km2，生产规模90万吨/年，主要可采煤层3#煤。井下3#煤层回采巷道均沿煤层底板留顶煤掘进，梯形钢棚和木棚进行支护。长期的实践证明，梯形钢棚和木棚配合支护不仅工艺复杂、施工速度慢、效率低支护强度低，不安全因素多。
针对上述情况，我公司结合3#煤层和F211工作面巷道煤层赋存条件和施工技术水平，通过现场调研、理论分析等方法，系统研究了3#煤层及复211工作面顶底板的地质力学特性和该巷道围岩的稳定性极其相适应的锚杆支护原理，为提高复211工作面煤柱段巷道支护强度，减小煤柱集中应力对工作面回采的影响在此基础上对复211工作面进行了“锚杆+锚索+金屬网”联合支护技术实验研究，并取得了成功。
1. 实验巷道的技术条件
F211工作面两顺槽沿3#煤层底板留顶煤掘进，钻眼爆破法掘进，巷道净宽3.0米，净高2.4米，煤层厚度均稳定，煤层结构简单、层理，工作面顶板为砂质泥岩和细砂岩，顶板层理明显，局部有节理、植物化石，底部0.1m页岩节理发育。
2. 围岩松动圈及岩石力学性质测试
2.1巷道围岩松动圈测试。
（1）大量的现场测试结果表明：一般煤系地层中松动圈是普遍存在的，即使处于低应力场中巷道，围岩在地应力作用下也难以自稳，一般也要出现中、小松动圈，小的20～30cm，大的超过300cm。围岩松动圈对地下工程稳定性影响很大。因此国内外许多学者对此均进行过深入研究，其中“围岩松动圈巷道支护理论”在煤炭系统得到了广泛的应用，并取得了良好的技术经济效果。这些理论的运用都需要知道围岩松动圈的大小。因此测试围岩松动圈有非常重要的意义。
（2）围岩松动圈的实测有很多方法，其中超声波法是最常用的方法，该方法需要在钻孔中用水作为耦合剂，对强度低的围岩、软煤，钻孔成型难，注满水则更难，而且测试顶板松动圈时，测试人员往往被水淋。
（3）近年来，不需要用水作为耦合剂的钻孔摄像技术以其直观，精度高、快速经济、灵活方便、测试环境好等优点，在煤矿围岩探测中应用越来越广泛。
2.1.1测试设备。
采用YTJ20型岩层探测记录仪进行围岩松动圈厚度值测试，该设备的实物照片如图1所示。
（1）钻孔摄像测量系统结构组成。
钻孔摄像测量系统由摄像探头、图像捕获卡、深度脉冲发生器、计算机、滑轮绞车及专用电缆等组成。其中摄像探头是该系统的关键设备，它的内部包含有可获得钻孔图像的微型CCD 摄像机和提供探测照明的光源。深度脉冲发生器是该系统的定位设备之一，它由测量轮、光电转角编码器、深度信号采集板以及接口板组成。深度脉冲发生器具有两个作用：其一是确定探头的准确位置；其二是系统进行自动探测的控制量。
图1测量系统实物照片
（2）钻孔摄像测量系统工作原理。
在推杆作用下，钻孔摄像探头进入围岩钻孔中；摄像光源照射孔壁上的摄像区域；摄像机将摄取的孔壁图像经专用电缆传输至视频分配器中，一路进入录像机，记录探测的全过程，另一路进入计算机内的采集卡中进行数字化；位于绞车上的测量轮实时测量探头所处的位置，并通过接口板将深度值置于计算机内的专用端口中；由深度值控制采集卡的采集方式；钻孔图像被快速地存储起来，便于室内分析围岩松动圈厚度值，直到探头到达整个钻孔底部。
2.1.2测试方法。
在巷道围岩中钻孔，并用压风或水冲尽孔内煤岩碎块和粉末。将探测仪的CCD探头、电源、数码录像器通过电缆线连接在一起，将CCD探头安装在支撑圆管上。将CCD探头送到钻孔孔底后，开启系统电源，打开录像器开关。测量示意图见图2，具体的测量步骤如下：
（1）在选定地点打钻孔，钻孔的直径要能够放入摄像头。钻孔打好后，将钻孔中的煤岩粉吹干净，以使摄像头采集的图像清晰。
（2）将摄像头用金属杆送入钻孔内，直到摄像头到达钻孔底部为止。连接插头，打开电源，开启记录按钮，开始采集图像。
（3）将数据线绕过深度指示仪的转轮，与金属杆同步缓慢向外拉动摄像头，使采集的图像与其所处的钻孔深度一致，直到钻孔口为止。
（4）当摄像头到达钻孔口时，关闭记录，保证数据存储正确。准备下一个钻孔的测量。
2.2.2测试结果。
3.支护参数和方案设计
针对F211工作面地质赋存条件，依据锚杆支护原理，采用悬吊理论确定支护参数和方案设计如下：
3.1煤柱顶板支护：锚索+锚杆+金属网+钢丝绳联合支护。
（1）锚杆布置：锚杆间距0.9m，排拒0.9m，每排4根，采用托盘固定。锚杆为20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，托盘规格为120×120×10mm钢托盘，锚杆固定采用树脂加长锚固，锚固剂型号为K2335、Z2360，锚固长度0.95米，预紧力33KN，锚固力100KN。
（2）锚索布置：锚索规格为17.8×6200mm 1×7结构钢绞线，采用三花眼布置。布置方式为二一式，一排二根，一排一根交错布置，间距2米，排距1.6米，每隔一排打一排锚索，严禁滞后。锚固剂型号为K2335、Z2360，一支快速，两支中速，锚固长度为1.8米，预紧力为100KN，锚固力为200KN。锚索采用钢丝绳连接并进行加固。
3.2经验公式。
（1）锚杆（索）长度计算。