【doc】薄层状碎裂顶板综采开切眼锚网支护技术研究

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1、薄层状碎裂顶板综采开切眼锚网支护技术研究第22卷第l2期2003年l2月煤炭技术CoalTechnologyVo1.22.Nol2Dec.2003薄层状碎裂顶板综采开切眼锚网支护技术研究王仲棉(神华海勃湾矿业公司,内蒙古乌海016000)摘要:结合平沟煤矿9层顶板情况,介绍了薄层状煤岩互层碎裂顶板大断面开切眼锚,网,锚索,托梁组合锚杆系统的研究应用,并介绍了对围岩监测的重要意义和该技术的推广意义.关键词:锚网支护;破碎煤岩互层顶板;大断面中图分类号:TD353文献标识码:A文章编号:10088725(2003)120040030前言近年来随着我公司机械化程度的迅速发展,综采工作面不断增加,公司

2、综采工作面搬家次数增多,其搬家速度,安全及搬家费用的高低,直接影响煤炭产量和生产成本.因此对综采大断面开切眼改变传统架棚支护,采用锚网支护技术的研究应用有着十分重要的意义.1概况根据我公司的实际情况,公司首先从平沟煤矿9层,条件最困难的综采开切眼人手,与太原理工大学采矿工艺研究从观测情况可以看出:切眼中下段围岩变形较小时.尤其是机巷向上30nl段,顶板只有局部少量表面离层,底鼓现象不明显,两帮位移量很小.切眼中上段变形相对较大,尤其是风巷向下累计有30nl,后期变形明显增大,底鼓严重,老塘侧帮位移大,顶板下沉量加大,出现了老塘侧单体支柱赤脚,工字钢梁弯曲现象,安装前进行了多次改棚,卧底.导峒部

3、分变形明显大于刷大部分.这是由于导峒部分施工超前刷大部分3个月,累计变形所致.巷道处于掘进影响期内,以顶板浅部离层为主,巷道开挖610d后处于掘后稳定期,变形以底鼓,顶板深部离层和老塘侧位移为主.施工工期长,是导致变形量增大的主要因素.3.2锚杆工作阻力状况锚杆的工作阻力是通过设置液压枕来实现的.液压枕位于巷道顶板中部.从实测情况看,切眼中下段锚杆的工作阻力较高,最大可达到6t,这与锚杆本身强度相比还有较大富余量,同时也可看出,当锚杆初期受力较大时,控制围岩变形较好,后期增长速度比较均匀,绝对值反而小,这说明我们通过提高初锚力控制围岩变形的基本原理;风巷向下2O3Onl处受断层构造影响,顶板泥

4、岩十分破碎,锚杆的工作阻力普遍较小,初锚力低,无法有效控制围岩的变形,需要通过套棚来加强顶板.在施工过程中,我们还定期检测锚杆的锚固力,检查结果与锚杆的工作阻力状况类似.4技术经济分析4.1支护费用锚网支护费用:l4.23万元.套工字钢梁费用:6.74万元.塘材,笆片,木料费用:1.574万元.单体支柱租赁费:l8.2万元.合计支护费用:l4.23+6.74+1.574+18.2=40.74万元4.2经济效益计算841轻放切眼在没有留煤柱的情况下沿停采线施工成功后,工作面由炮采改为轻放,单产,工效,资源回收率等都有了大幅度提高,经济效益显着.(1)单产明显提高采用炮采时,平均单产19800t;

5、轻放开采时,平均单产37200t,单产提高87.9%.(2)实现了减人提效炮采时在册人数195人,全员工效4.2t/I;轻放开采后.所共同进行<薄层状碎裂顶板综采开切眼锚网支护技术研究课题的研究,并取得了成功.随后又在其它各矿推广,从开始5.8m宽的断面做到6.3m宽的断面.现在综采放顶煤开切眼锚网支护巷道断面已达到7,0m以上.并不断摸索经验,使该项技术在我公司得到了较成功的实践.现已经全面推广到各回采巷道,峒室和交岔点的支护工艺中.2锚网支护工艺2.1地质生产条件平沟9层顶板是我公司最难管理的,大断面开切眼极为困难,顶板为薄层状煤岩复合顶板.在各岩层中,层理和在册人数139人,全员工

6、效10.2t/工,相比之下,减少人员56人,工效却为原来的2.43倍.(3)提高了资源回收率炮采期间,平均采高2.1nl,资源回收率仅为65.62%,平均丢底煤1m以上,资源浪费十分严重,轻放开采以来,经统计,资源回收率平均达到87,3%,折合平均采高2.8m,较炮采时提高了21.68%.(4)经济效益显着沿停采线直接改造,减少了煤柱损失,可多回收煤炭资源301402.8x1.4=16464t.841工作面改为轻放开采后,可多回收煤炭资源:410X0.7X150X1.4=60270t.产生的效益:按吨煤售价200元/t计算,价值(16464+60270)x200=1534.68(万元(,扣除支

7、护费用4o.74万元和吨煤成本122.97元/t,纯利润:76734X(200122.97)一4o.74=591.08万元,经济效益十分可观.4.3社会效益分析(1)采用轻放回采减轻了工人的劳动强度;(2)改善了工人工作生产环境,提高了生产安全保障.5存在问题(1)由于顶板泥岩较厚,破碎,增加了锚杆,锚索安装的难度,影响了切眼施工进度.(2)施工结果表明:采用全长锚固替代加长锚固,效果会更好,目前使用的树脂稠度大,难以实现全长锚固,建议加以改进.6结论(1)研究结果表明,临涣矿841沿三软煤层炮采工作面停采线施工轻放切眼采用锚,网,索,棚复合支护,在技术上是可行的,施工巷道140m,满足了进架

8、安装的要求,达到了预期的效果.(2)841工作面在不留煤柱情况下成功的由炮采改为轻放开采,单产,工效和资源回收率都有了明显提高,可多回收煤炭76734万t,价值1534.68万元,创纯利润591.08万元,经济效益显着.(3)通过该项工艺研究,保证了沿空切眼的施工安全,改善了工作面的安全环境.收稿日期:20030920:修订日期:20031020作者简介:王仲棉,男,内蒙古准格尔人,毕业于内蒙古乌达矿业大学采矿专业,从事技术管理工作.第l2期王仲棉:薄层状碎裂项板综采开切眼锚网支护技术研究.41.节理裂隙极为发育.原来在架棚支护掘进施工和安装支架替棚过程中,极易发生冒顶和漏顶事故,而且棚子进行

9、回收时,每架只能回收三根棚腿,其它两根棚梁,一根棚腿只能丢掉.工字钢棚回收率只有3o%.另外,这种支护属被动支护,替棚安好支架后,支架压力大难以移动,造成综采调整时间较长,影响产量,且工人劳动强度大.2.2锚网支护形式设计基本支护方式:锚杆+金属网+钢筋梯子梁,加强支护方式为长锚索.临时支护:锚杆下加吊环,吊环内穿金属管作为前探梁的临时支护,吊环采用忆2的圆钢焊接,连接端焊接两个重叠螺母,以便和锚杆连接.锚固方式:树脂加长锚固,锚杆采用2卷锚固剂,锚固长度1.65in,设计锚固力为174kN,锚索采用4卷,锚固长度2.3in,设计锚固力为242.7kN.锚杆及锚索布置方式:锚杆排距x间距=75

10、0nllnx750mill,用锚板梁和钢筋梯子梁联接.锚索为二?一三花眼布置,即l,3,5排为双根,用槽钢板梁连接,2,4,6排为单根点锚索(用短板梁),排距4.5in.另外,根据切眼顶板岩性,断面宽度,其布置应做适当调整,锚杆和锚索长度也应相应变化,总之,锚杆,锚索伸至较硬岩层上才能达到设计锚固力.具体计算办法不在此详列.支护断面如图l所示.,iI,0_200.750750?7502.0/ll图1支护断面图钢筋梯子梁如图2,托板示意如图3所示.1.!卜_!.I二二丁I二二中=二j二二兽I1.!.II.二三三j1.1图2梯子梁示意图(a)先掘进的5.7m宽巷道顶板锚杆钢筋梯子梁(b)后扩的1.

11、3m宽巷道顶板锚杆钢筋梯子粱(c)切眼上端回风巷顶板锚杆钢筋梯子梁(d)切眼下端运输巷顶板直钢筋梯子梁士2020.J由20图3托板示意图(a)槽钢板粱(b)钢板托板(c)槽钢短梁2.3施工工艺由于顶板较破碎,所以采用二次成巷施工工艺,锚杆和锚索施工可采用MoT一90CII气动锚杆机或MY卜l40型液压锚杆机,钻杆为B19六方中空可接长钻杆,锚头为忆7mm双翼钻头(注意用液压锚杆机施工时,必须按说明接人有压清水).2.4施工时要特别注意的几个方面(1)在施工过程当中除严格执行掘进安全规程外,还需注意以下几点:锚杆,索眼形成后,必须将眼孔吹洗干净,才能保证设计锚固力.必须严格按所制定的规程施工,注

12、意布置间,排距,眼深不得超限,严禁深孔配短锚杆.锚杆施工坚持打一孔安装一套锚杆,严禁打完孔后一次安装.在顶板破碎或局部冒落时,应及时打超前锚杆,其与顶板的夹角不小于l5.,每排不少于8根.凡顶板冒落超过30mm以上时,在锚梁上要补打锚杆,并用木板梁将锚梁与顶板间接实.对支护材料要进行抽检,严禁使用过时,失效锚固剂.锚杆钻机推力保持35min后方可取下钻机,注入锚索后23h,方可装托梁或托板,张拉预紧力100kN.由于大断面掘进,所以必须对锚固质量与围岩动态进行监测,以了解支护设计的合理性,支护效果和巷道服务期间各阶段的变形特点及变形量大小,为修改,完善支护设计提供合理依据.(2)日常检查包括:

13、抽样3%进行锚固质量拉拔检查(锚杆拉力计加载至70kN).抽样时同时检查拉拔速度8mln内应达6o%设计锚固值.用力矩示值板手按30%的比例检查锚杆,螺母预紧力达到100Nm.巡回检查失效锚杆并及时补打.(3)专项检查包括:巷道表面收敛量.采用十字布点法,在顶,底板中点垂直方向和两帮水平方向钻孔打人短锚杆布点,来测顶底板和两邦的相对移近量,每30in布一测站,每一测站布两个断面,要求距掘进迎头20in内每天测一次,其余每周测一次,一般采用卡尺式测杆或测枪,收敛计(精确到0.1nlln).顶底板离层动态监测.可选用较为简单的LBY一3型纯机械式顶板离层指示仪,可每隔20in布一组,安装时,在顶板

14、暴露后距掘进迎头1.02.0nl后立即安装.在记录时要准确记清测量时间,点号,迎头距离,内外筒标尺读数.3技术经济效果(1)该项技术在我公司破碎顶板大断面切眼掘进下的成功应用,加快了锚杆技术在我公司和地区的大力推广应用._1叮第22卷第l2期2003年l2月煤炭技术CoalTechnoloawV0】.22.No12Dec.2003窄煤柱沿空掘进巷道全锚支护设计试验王志刚,谷明彦,星宁江(潞安环能股份公司王庄煤矿,山西长治046031)摘要:介绍了王庄煤矿5109风巷窄煤柱沿空掘巷锚杆设计的有关参数及应用效果,为综采工作面沿空掘巷提供了宝贵的经验.关键词:沿空掘巷;全锚支护;围岩移近量中图分类号

15、:TD353文献标识码:A文章编号:10088725(2003)120042020前言5109工作面位于王庄煤矿+630水平51采区,工作面为一倾向275.的单斜构造,外部较平缓,倾角3.,内部倾角较大,平均为7.左右,煤层底板标高在+606m一+6351171范围内,其相邻工作面分别为5108工作面(分层面已采)与5llO工作面(综放面已采),5109风巷与5108上运巷间留7m窄煤柱平行布置,该工作面采用一次采全高开采,巷道沿煤层底板掘进.1煤层及围岩基本情况1.1煤层情况该煤层结构较简单,属黑色亮煤,一般含四层较稳定夹矸,层状构造,煤层平均厚度6.09in,倾角3.7.,平均为5.1.2

16、煤层顶底板情况老顶为粉砂岩,厚度4.001171,灰黑色,中厚柱状,含云母,节理发育.直接顶砂质泥岩,厚度3.291171,灰黑色,质坚性脆,含植物化石,局部为细砂岩.直接底为细砂岩,厚度1.771171,浅灰色,以石英,长石为主,局部为灰黑色砂质泥岩.底板为砂岩,厚度2.141171,灰色.细砂中粒,以石英长石为主,局部为黑色泥岩.掘进时沿底板掘进,巷道高度3.0m,上有3m厚煤层.2施工条件及支护方式2.1施工条件5109风巷掘进采用AM一50型掘进机割煤装煤,SJ一8O型胶带输送机运煤,铺设18KG/m的辅助运输轨道用于运料及设备,辅助运输安装Jl】.4KW小绞车,锚杆钻机采用MQT一5

17、5型风动顶锚杆钻机与ZMS30型风动帮锚杆钻机.2.2支护方式的确定由于风巷一侧采用分层二次开采,风巷位置的煤体在巷道掘进前,经受二次采动影响,围岩较破碎,应力分布较复杂,维护难度较大.采用工字钢棚支护难以有效控制采动期(2)彻底改变了旧的支护观念.(3)解决了破碎顶板,大断面巷道支护难题.(4)降低了成本,提高了搬家速度,减轻了工人劳动强度,提高了效率,经济效益显着.(5)用于顺槽巷道支护,可简化工作面端头支护.(6)技术效果明显:巷道围岩的受力状况得到了改善,相比架棚支护变被动支护为主动支护,在围岩内部对围岩加固,形成一个围岩一支护整体承载结构系统,充分利用围岩的支撑力来支护巷道;巷道的安

18、全可靠性提高,树脂间的围岩变形,严重影响综采面正常推进,5109风巷复合顶板破碎层厚度大,围岩赋存状态复杂,采动影响强烈,是典型的综放沿空巷道,采用工字钢支护围岩移近量大,支架折损严重,巷道难以维护,断头超前维护复杂并制约工作面的顺利推进,同时劳动强度大,因而金属支架维护沿空巷道弊病很多,采用锚杆支护十分必要.根据以上分析,确定5109风巷的支护方案为:(1)巷道顶板采用高强度锚杆支护系统和小孔径预应力锚索加强支护.顶板布置4根20L2400mm高强度螺纹钢锚杆,采用树脂药卷加长锚固,配合小方格金属经纬网和钢筋梯子梁支护,锚秆排距800mm,并采用锚索加强支护,锚索长度7.3m,排距2400m

19、lTl.为防止切顶发生,两肩窝锚杆外斜25.至两帮上方,即与水平夹角70.方向布置.(2)巷道两帮采用高强度锚杆支护.两帮均采用20L2000mm螺纹钢高强度锚杆,左帮实煤体侧布置4根,右帮窄煤柱侧布置5根,锚固方式为树脂药卷加长,并铺设金属网,钢筋梯子梁,加固巷道两帮煤体,尤其是小煤柱侧的煤体,确保小煤柱的稳定.3巷道支护效果监测与分析研究3.1监测内容(1)观测巷道表面收敛.通过对掘进期间试验巷道表面位移的现场实测,分析判断围岩的运动是否影响巷道的正常使用.(2)围岩深部位移.通过对安装在巷道深部围岩基点的位移计的连续观测,分析深部围岩的运动情况,判断围岩塑性区范围及围岩稳定情况.(3)顶

20、帮锚杆受力.通过对测力锚杆的正常监测,求出锚杆的应力及轴向力,同时还借助锚杆测力计(锚杆液压枕)监测端部锚固锚杆托锚力大小以及借助锚杆拉力计进行拉拔力试验.(4)顶板锚固区内外离层值.通过对安设在巷道顶板内锚杆能及时快速达到设计锚固力,减少了顶板离层,在巷道顶板岩层中,形成了锚固岩梁,阻止了顶板下沉;减少了围岩变形,通过监测巷道变形量很小;形成可靠的锚杆支护系统,较以往的单一锚杆支护相比,由网,钢带(梯子梁),锚索,托板,长短板梁等形成组合结构锚杆系统,同时加上科学的三径匹配关系(眼孔,锚杆,树脂),以及便捷,价低的施工机具和配套的仪器,仪表监测手段,使这项技术的推广将更加广泛.收稿日期:20031005;修订日期:20031020作者简介:王志刚(1975一),男,山西壶关人,助理工程师,现在潞安环能股份公司王庄煤矿从事井下生产技术工作.