【doc】薄层状碎裂顶板综采开切眼锚网支护技术研究

【doc】薄层状碎裂顶板综采开切眼锚网支护技术研究 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 CoalTechnology Vo1.22.Nol2 Dec..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:1008—8725(2003)12—0040—03 0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.? 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2O,3O nl处受断层构造影响,顶板泥岩十分破碎,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 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;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30×140×2.8x1.4=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+60 270)x200=1534.68(万元(,扣除支护费用4o.74万元和吨 煤成本122.97元/t,纯利润:76734X(200—122.97)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:2003—09—20:修订日期:2003—10—20 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 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242.7 kN. 锚杆及锚索布置方式:锚杆排距x间距=750nllnx750 mill,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.具体计算不在此详列. 支护断面如图l所示. , iI, 0_200.750750?7502 .0/ l—l 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I 1..!.II.二三三j 1..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1.3m 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20 20 .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 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3,5min后方可取下钻机,注入锚 索后2,3h,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:?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8 mln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,在顶板暴露后距掘进迎头1.0,2.0nl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 CoalTechnoloaw V0】.22.No12 Dec..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:TD353文献标识码:A文章编号:1008—8725(2003)12—0042—02 0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1.77 1171,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一55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2400mlTl.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:2003—10—05;修订日期:2003—10—20 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.