灵北煤矿巷道掘进支护技术研究.pdf

312019 年第 2 期 灵北煤矿巷道掘进支护技术研究 贾政华 （山西焦煤西山煤电有限公司，山西 太原 030024） 摘 要 灵北煤矿四盘区采用大采高回采工艺，巷道断面尺寸较大，在巷道掘进支护技术方面存在的问题日益突出。最 初采用沿底板掘进留设顶煤的掘进方式，对围岩稳定性的控制效果不理想。本文通过现场矿压监测、数据分析对比，胶轮 车大巷改用见顶见底掘进并采用高预紧力加强支护的方式，能够维护巷道围岩的稳定性。 关键词 大断面 巷道 支护 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.02.013 Research on Roadway Excavation Support Technology of Lingbei Coal Mine Jia Zheng-hua Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Electricity Co., Ltd., Shanxi Taiyuan 030024 Abstract Lingbei Coal Mine adopts large mining height mining technology in the fourth pan area, and the size of roadway section is large. The problems in roadway excavation and support technology are becoming increasingly prominent. Initially, the top coal is retained along the floor, which is not ideal for controlling the stability of surrounding rock. Through on-site monitoring and data analysis, the stability of surrounding rock can be maintained by using top-to-bottom driving and pre-tightening to strengthen support in rubber-tyred roadway. Key words large section roadway support 收稿日期 2018-07-09 作者简介 贾政华 1989-，男，山西太原人，就职于山西焦煤 西山煤电有限公司，主要从事矿山压力和岩层控制方面的研究和 工作。 1 概况 灵北煤矿位于呼伦贝尔扎赉诺尔西翼的西南 部，近年来，随着矿井开采范围向西延伸，开采煤 层的变厚，矿井四盘区采用大采高回采工艺，巷道 断面尺寸也相应增大，第一、第二回风大巷和胶带 机大巷都采用的是沿底掘留顶煤的掘进方式，巷道 不同程度地出现了顶板破碎、巷道表面位移变形量 大、巷修工程量大等问题。通过重新设计研究，胶 轮车大巷改用见顶见底掘进并采用高预紧力加强支 护的方式。 四盘区主采 3煤层，平均厚度是 5.6m，倾角 为 2 ～ 10，平均为 6。 顶底板岩性及强度测试结果如表 1 所示。 2 胶轮车大巷支护设计 胶 轮 车 大 巷 设 计 矩 形 断 面， 掘 进 断 面 宽 5800mm，高 5600mm，面积 32.48m2；净断面宽 5500mm，高 5150mm，面积 28.325m2。 支护方案 （1）顶板支护 22左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆，长度 2400mm， 每排 6 根锚杆，锚杆排距 1000mm，间距 1000mm。 锚索 2-1-2 布置，排距 1m，采用 5300mm 高强度低 松弛预紧力钢绞线。网片规格采用 Ф6.5mm 的钢 筋网。 表 1 顶底板岩性及强度测试结果 岩性厚度 /m平均单轴抗压强度 /MPa 粉砂岩3.0373.6 中砂岩11.2373.2 砂质泥岩2.9439.2 煤5.612.9 泥岩0.629.1 砂质泥岩0.4331.2 细砂岩3.271.5 粉砂岩2.677.2 322019 年第 2 期 （2）巷帮支护 22左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆，长度 2400mm， 锚杆排距 1000mm，间距 1000mm。锚索 3-2-3 布置， 排距1m， 采用5300mm高强度低松弛预紧力钢绞线。 网片规格采用 Ф6.5mm 钢筋网。 支护设计布置如图 1 所示。 图 1 支护设计布置图 3 矿压监测 3.1 锚杆、锚索受力分析 通过巷道锚杆、锚索受力分析能够对锚杆、锚 索支护的工作情况有所掌握。锚杆、锚索测力计综 合测站布置在胶轮车大巷 1000m 附近，锚杆、锚索 的受力变化如图 2、图 3 所示。 由图 2、3 分析可知 （1）顶板锚杆在巷道掘进期间的受力变化比 较明显，受力基本是增大的，表明锚杆在控制巷道 顶板的稳定性方面发挥了应有的支护作用。 （2）锚索受力和施工时施加的预紧力大致是 相等的，说明锚索施加高预紧力能使巷道顶板的稳 定性得到一定的维护，起到主动及时支护的作用。 （3）巷帮一帮顶角锚杆受力变化是先减小， 后增大，再减小，而另一面正好相反，是先增大， 后减小，再增大，说明巷帮顶角锚杆的受力变化是 复杂的。 图 2 顶板锚杆受力图 图 3 顶板锚索受力图 3.2 巷道表面位移变化分析 （1）胶轮车大巷沿底掘和见顶见底掘支护效 果对比 在胶轮车大巷见顶见底掘进段设 3 个测点，分 别为 1、2和 3，在胶轮车大巷沿底掘留顶煤段设 2 个测点，分别为 4和 5，其宽度变化对比如图 4 所示。 图 4 胶轮车大巷宽度变化对比图 由上图分析可知 ① 在胶轮车大巷见顶见底掘进的 1测点宽度 变 化 差 为 330mm，2测 点 为 365mm，3测 点 为 350mm；沿底掘的 4为 1300mm，5为 1000mm。 ② 由图可以看出见顶见底掘进时巷帮最大位 移量为 365mm，而沿底掘进时巷帮最大位移量为 1300mm，见顶见底掘进段巷帮位移量明显小于沿 底掘留顶煤时。 （2）胶轮车大巷与同期掘进和前期掘进的第 一、第二回风大巷进行对比 胶轮车大巷布置 3 个测点 1、2和 3，在第 一、第二回风大巷与胶轮车同期掘进处布置了 6和 （下转第 35 页） 352019 年第 2 期 采线在周期来压之外 04m 与 710m 范围内时，明 显下降。 停采线位置位于周期来压之外47m范围内时， 即相当于 0.40.7 个周期来压的距离，顶板限制了 基本顶的回转，基本顶不发生破断，能够发挥自身 承载作用，矿山压力显现不明显，从而对支架与顶 煤的影响较小。 3 工程实践 30101 综放工作面是石泉煤矿首采工作面，煤 层均厚 6.1m，工作面走向长度 1050m，工作面长 度 200m，初次来压步距 24.2m，周期来压步距平均 14.3m。当工作面推进距停采线 18m 时，工作面周 期来压，支架所受载荷急剧增加，顶板冒顶，煤壁 片帮严重，最深处达到 1000mm。按目前设计的停 采线，停采之前还会发生一次周期来压，虽能保证 停采线处于周期来压之外，但不是最佳位置，根据 模拟结果，现将停采线位置向前延长 23m，使停 采线位置处于 0.40.7 周期来压之外范围内。新的 停采线位置的确定，保证了回撤通道整体稳定性， 为工作面实现安全、快速回撤提供了技术保障。 4 结语 通过 UDEC2D 数值模拟软件对停采线位置对回 撤通道稳定性的影响进行分析，主要得出了如下两 点结论 （1）停采线位于周期来压之外相较于位于周 期来压期间时，支架所受载荷较小且比较一致，顶 板下沉量不明显，煤壁片帮程度较小。 （2）停采线位于 0.40.7 周期来压之外范围 内时，矿山压力显现特征最不明显，回撤能够最大 程度保持整体稳定性。 【参考书目】 ［1］ 杜计平，王仁庭 . 开采方法 [M]. 徐州中国矿业 大学出版社，2006. ［2］ 马立强，张东升，崔泰贺，等 . 厚冲积层下大采 高综放工作面顶板控制机理与实践[J].煤炭学报， 2013，38（02）199-203. ［3］ 荆俊杰 . 基于关键层理论的停采线位置确定方法 研究 [J]. 煤炭技术，2013，32（11）56-58 ［4］ 孙建，侯化强，王连国 . 综采工作面停采线合理 位置确定 [J], 煤矿安全，2013，44（03）44-47 ［5］ 索永录，祁小虎，刘建都 . 极近距离煤层停采线 合理位置确定 [J]. 煤炭技术，2014，33（09） 193-195. （上接第 32 页） 7测点，一回、二回前期掘进处布置 8和 9测点。 宽度变化如图 5 所示。 图 5 胶轮车大巷和一回、二回大巷位移变化对比 由上图分析可知 ① 胶轮车大巷见顶见底掘进的 1测点宽度 变 化 差 为 330mm，2测 点 为 365mm，3测 点 为 350mm；与胶轮车大巷同期掘进的第一回风大巷 6 测点宽度变化差为 810mm，第二回风大巷 7测点 为 1152mm；前期掘进的一回 8测点为 874mm，二 回 9测点为 1112mm。 ② 胶轮车大巷宽度最大变化量是 365mm，而 同期掘进的一回、二回分别为 810mm 和 1152mm， 一回、二回的变化量远大于胶轮车大巷。 4 结论 通过矿压监测数据分析，胶轮车大巷采用见顶 见底掘进并采用高预紧力加强支护的方式后，能够 很好地控制巷道围岩的变形量，保证矿井的安全高 效生产，能够对灵北煤矿以后的掘进支护提供技术 支持和施工经验，对其他类似条件的矿井巷道也有 重要的参考意义。 【参考书目】 ［1］ 马广俊，郭朋星 . 煤巷锚杆支护应用现状及设计 方法 [J]. 山东煤炭科技，2010（03）41. ［2］ 东兆星，吴士良 . 井巷工程 [M]. 徐州中国矿业 大学出版社，2004. ［3］ 窦林名，邹喜正，曹胜根，等 . 煤矿围岩控制 [M]. 徐州中国矿业大学出版社，2010. ［4］ 沈绍学 . 锚杆支护理论探析 [J]. 科技创新导报， 2008（25）91. ［5］ 文志杰，赵晓东，尹立明，等 . 大采高顶板控制 模型及支架合理承载研究 [J]. 采矿与安全工程学 报，2010，27（02）255-258.