大跨度开切眼锚固支护技术应用与研究.pdf

★ 科技创新 ★ 大跨度开切 眼锚固支护技术应用与研究 马秦 贞 潞 安 矿 业 集 团 ， 山 西省 长 治 市 ，0 4 6 0 0 0 摘 要 采 用动 态信 息设计 法 ，为 综采放 顶 煤 工作 面设计 了锚 杆 支护 ，并在 生产 实际 中 进 行 应 用 ，获 得 了良好 的 效果 ，为 大跨度 、大 断面 的巷道 支护提 供 了一条 有效途 径 。 关键 词 开切 眼综放 工作 面锚杆 支护 动 态信 息设计 法 在综 采放 顶 煤 工 作 面 中 ，开 切 眼 由于跨 度 大 ， 顶煤强度低，巷道难以支护 ，往往采用铁柱大板棚 支 护 ，而 这种 支 护 形 式施 工 速度 慢 ，支 护 效果 差 ， 不安 全 。近年 来 ，锚杆 支 护以其 主 动 、及 时 、初 始 支护阻力大等优越性在煤巷 中得到了较好 的推广和 应用 。而 在综 放 面的开 切 眼采用 锚杆 支 护 ，则是一 个大 胆 的尝试 。 1 工程 面地 质概 况 S 一 工作 面是沿 3 煤层 底板 布置 的综放 面， 煤层 倾 角为 3 ～ 6 。 ，平 均厚 度 为 5 ． 9 8 m，煤 层 平 均 单轴 抗 压 强 度 为 1 6 ． 9 MP a ，埋 藏 深 度 为 3 6 7 ～ 4 0 5 m。直 接 顶 为 灰 黑 色 、厚 层 状 的 细 砂 岩 泥 岩 ， 厚 度 为 0 ． 7 0～ 2 ． 8 1 m， 平 均 单 轴 抗 压 强 度 为 5 0 ． 6 MP a ；老顶 为 细 砂 岩 ，厚 度 为 2 ． 8 5 ～ 5 ． 9 2 m， 平 均单 轴 抗 压 强 度 为 8 8 ． 5 MP a ，根 据 围 岩 的 破 坏 状况分析，垂直应力和水平应力可能接近 ，按埋深 估计 ，垂 直 应力 为 1 0 ． 4 MP a 。 2 锚杆支护设计 采 用动 态信 息设 计 法 ，通 过 以下 五个 步骤 逐步 完 善 试验点 调 查 和地质 力学 评估 、初始 设计 、井 下检测 、信息反馈和修正设计 、E l 常检测。通过对 试验 点 的调 查 ， 了解 巷道 围岩 强度 、围岩 结构 、地 应力 及 锚 固性能 等参 数 ，在此 基 础上进 行 地质力 学 评估 和围 岩 分 类 ，为 初 始 设 计 提 供 可 靠 的 基 础 数 据 ；初 始 设 计 采 用 有 限 差 分 数 值 计 算 软 件 F L AC 3 ． 3 ，并 结 合解 析 法 和 经 验 法 ，根 据 围 岩 参 数 和 已有 的实 测 数 据 ，经 过 多个 方 案 的详 细 比较 ， 得 出合 理 的设 计方 案 。然 后实施 于井 下 ，并进 行详 大跨度开切眼锚 固支护技术应用与研究 细 的 围岩 位 移和锚 杆 受力 监测 ，根 据监 测结 果验 证 或修改初始设计 ，正常施工后 ，进行 E l 常监测。 2 ． 1 巷 道 断 面设 计 根 据设 备 安 装 的要求 和巷 道 位 移 变形 预 留量 ， 确定 巷道 断 面为 高 3 m、宽 7 m 的矩形 。 2 ． 2 有 限 差分数 值计 算 设计 数 值 模 型 模 拟 的 范 围 为 长 宽 3 0 0 m 3 0 0 m，网格 为 2 2 0 mmX 1 6 0 mm，采 用 应力 边 界 条 件 ，模型的上表面施加均匀的垂直压应力 ，模型的 两侧 面施 加 随深 度变 化 的水平 压 应力 ，模 型 的下表 面垂直位移固定 。为了真实反映巷道位移的变形特 征 ，特别是岩石屈服后的力学行为，而又不使计算 速度过慢 ，采用两种力学模型模拟岩层 ，一种为应 变软化型 ，模拟巷道直接顶 、直接底和煤层 ，其他 范 围 内的岩 层采 用摩 尔 一库 仑模 型 ，采用 界 面单元 模 拟岩 层层 面 ，采用 锚杆 单元 模 拟锚杆 。共模 拟 了 2 2个方 案 ，通过 调 整 锚 杆 的直 径 、 长度 、间 排 距 以及有 无锚 索 加 固进 行 模拟 ，并 分析 各个 模 拟方案 的顶板离层 下沉量 、两帮煤 层 的剪 切破坏 深 度 、两帮位 移 以及锚 杆 的受力 状 况 ，确定 支 护方案 为 树脂加长锚 固锚杆组合支护系统 ，并用锚索补 强 。 切眼分两次掘成，先掘一次切眼 靠老塘侧 ， 然 后 掘二 次切 眼 工作 面侧 。 1 顶板 支护 。锚 杆 杆 体 为 2 2 左 旋 无 纵筋 螺 纹 钢筋 。长 度 为 2 ． 4 m，杆 尾 螺 纹 规 格 为 M2 4 ， 用 两卷 树 脂 锚 固 剂 ，一 卷 为 K2 3 3 5型 ，另 一 卷 为 Z 2 3 6 0型 ，钻 孔为 o 2 9 mm，锚 固长度 为 1 2 0 0 mm。 托板 采 用 拱 型 高 强 度 托 盘，外 形 尺 寸 为 1 20 mm X 1 2 0 m m 。 4 7 - ， ● 维普资讯 钢 筋托 梁 采 用 o l 6 mm 的 钢 筋 焊接 而成 ，宽 度 为 l O O mm，长度 为 3 ． 6 5 m。 锚 杆 布置 靠 近巷 帮的顶 锚杆 安设 角度 与垂 线 成 2 5 。 外偏角，其他顶锚杆垂直顶板 。锚杆 间排距 为 8 0 0 mm8 0 0 mm，分 巷 每 排 5根 ，并 且 两 分 巷 的 每排锚 杆有 一根锚 杆 交叠 。 锚索 为加强顶板支护 ，在顶板 中部布置有 3 排锚索，锚索规格为 o 1 5 ． 2 4 mm8 3 0 0 mm，间距 为 1 6 0 0 mm，用 2 ． 6 m 长 的 1 2 槽 钢将 前 后 两 根 相 联 ，每根 锚 索 采 用 三 卷 树 脂 锚 固 剂 锚 固 ，一 卷 为 K2 3 3 5型 孔 底 ，另 两 卷 为 Z 2 3 6 0型 ，钻 孔 为 o 2 8 mm，锚 固长度 为 1 4 0 0 mm，用 1 O O mm9 0 mm l O mm 的钢板作为锚索托板。 茳 1 一镭索 1 5 ． 2 4 - 8 3 0 0 mm 2 一高强镭杆 2 2 - M2 4 - 2 4 0 0 m m 3 竹锚杆 07 0 0 ram 4 钢筋托梁 4 1 6 - 3 6 5 0 一 l O O mm 5 1 2 。 槽钢 2 6 0 0 ra m 6 一钢筋托粱 1 6 3 6 5 0 一 l O O mm 7 一小麻花锚杆 , t 6 - 2 O O O mm 图 1切 眼 全 断 面 支 护 图 2 巷 帮 支 护 。锚 杆 老 塘 帮 采 用 o l 6 mm 2 0 0 0 ram 的小 麻花锚 杆支 护 ，用 一 支规 格 为 K2 3 5 O 型锚 固 剂 锚 固 ，钻 孔 为 o 3 0 mm，并 配 有 O 1 6 0 mm x 5 0 0 mm 的 半 圆木 托 板 ，工 作 面 帮 采 用 1 ． 7 m 长 的竹锚 杆 支 护 ，每 帮 每 排 3根 ，间 排 距 为 9 0 0 mm x 8 0 0 mm。金 属 网 切 眼 顶 板 和 老 塘 帮 均 铺 设 有 金属 网 。 3矿压 监测 矿压监测是动态信息设计法的核心内容之一 ， 通过 测试 锚杆 受力 和巷 道 围岩位 移分 布 ，就可 以 比 较全面地 了解锚杆支护的工作状态 ，进而验证或修 正锚 杆 支护初 始设 计 ，并保 证施 工安 全 。 4 8 施工时， 在巷内 3 0 m 和 1 0 0 m处安设两个测站 ， 每个测 站包 括 安设 一排 测 力锚杆 ， 即用测 力锚 杆代 替原来的支护锚杆 ， 以便观测锚杆的受力状况 ； 安设 表面位移测量基桩 ， 并做好初始纪录。在切眼 的顶 板上， 沿 中线每隔 5 0 m安设一个双基点顶板离层指 示仪 ， 以便观测全切眼的顶板离层情况 。 4矿 压 检 测 结 果 分 析 4 ． 1 巷道 表 面位 移 1 测 站表 面 位 移 变 化 如 图 2所 示 ，从 表 面 位 移的观察数 据分 析，两 帮 的最 大位 移为 1 1 0 mm， 并趋 于平 缓 ，而顶 底板 相 对 位移 为 5 5 mm，这 是 由 于 巷道跨 度 大 ，受 二 次切 眼掘 进扰 动影 响 ，致使 顶 底板的相对位移增大 。在掘完该巷后 ，顶底板的相 对移近量趋于稳定 。整体上讲 ，巷道支护 良好 ，较 好地控制了巷道顶帮的变形。 4 ． 2顶 板 离层 由顶板离层观察记录看来 ，巷道顶板 7 m 范围 内 离 层 总 量 为 2 5 mm，锚 固 区 内 的 离 层 量 为 1 9 ram，离 层 主要 发 生 在 围 岩浅 部 ，巷 道 顶 板 离层 量 不 大 ，说 明锚 索 有效 地控 制 了顶板 的 移动 ，保 持 了顶 板 的稳定 性 。 l 2 O 1 0 0 8 0 6 O 4 0 2 O 0 - 2 0 一‘ ／ ／＼ ／＼ ／ 0 m 1 o m 2 3 m 3 3 ． 4 m 4 m 5 0 m 距工作面距离／ m I 顶 底l 两 帮l r- 顶 底2 ． ．一 两 帮 2 I 图 2 1 测站 表面位移变化图 4 ． 3锚 杆 受 力 由 1 测站 的 6 锚 杆 受 力 情 况 分析 如 图 3 ， 锚 杆 的最 大 受力 点在 锚 固区 的 中部 ，最 大拉 应力 达 到 2 3 O k N，而两端受力 较小，说 明锚 杆普遍 受力 较大 ，可见锚杆有效地发挥了其控制围岩变形的能 力 ，起 到 了很好 的支 护作 用 ，锚 杆 的屈 服 段所 占的 比例没 有超 过 1 ／ 3 ，表 明锚 杆 的初 始 设 计 是 比较 合 理 的 。 中国煤炭第 3 1卷第 9 期 2 0 0 5年 9月 维普资讯 ＼ 擐 ／＼ ／＼ ． 1 I 。 ＼- 5结 论 距孔口距离／ m r ． 1 9 月1 1 日 9 月1 1 日 9 月1 2 日l I 9 月1 3 日 9 月1 6 日9 月1 8 日I 图 3 1 测站的 6 锚杆受力 1 支护 效果 好 。该 巷掘 成 后 ，顶 帮稳 定 ，保 持 了 良好 的支 护状 况 。 2 施工 速度 快 。锚 网支 护施 工 速 度 快 ，特别 是 切 眼两 岔 口，施 工 简单 、迅 速 ，避 免 了架 抬 棚 、 替棚等繁琐工艺 。 上接 第 2 7页 的小 圈子 ，受 狭隘 市场 观念 的束 缚 ，不可能提高产品或服务 ，也不可能在优势市场 上 做大 做强 ，结 果是 煤炭 市场 一疲 软 ，多种 经 营就 萧条。因此 ，要使产品或服务项 目不断持续地满足 市 场 的需求 ，就 要 持续 不 断 调 整 产 业 、产 品结 构 ， 或 赋予 老产 品 以新功 能 ，在市 场 引导企 业 ，企业 创 造 市场 中提 升主辅 业 的 良性循 环 。 4 有效 的激 励机 制是 主辅 互 动与循 环 发展 的保 证 4 ． 1 资本 、股权 多元 化 投 资主体 多 元 化 ，是 主 辅 分 离 后 改 制 的 重 点 。 无论 主业 与辅业 ，都将 面 临着新 体 制变革 问题 。煤 炭主业 要 不失 时 机 地 引 进 战 略 联 盟 ，实 施 煤 电 联 盟 、煤 钢 联盟 、煤 运联 盟 、煤建 联盟 或 职工 参股 等 手段 ，通 过引 入加 盟伙 伴形 成股 东 利益体 ，营造 新 的经 营机 制与经 营 活力 。辅业 要 对产 品有 市 场 、经 营有潜 力 、发展 有后 劲 的成 长型企 业 ，采 取 经营 者 直接持股等形式 ，构筑劳动者与资本紧密结合 的新 机 制 ；对产 品有 市 场 ，生 产 规模 和市 场份 额小 、盈 利 水平 差 、抗衡 能 力 弱 的成 熟 型企 业 ，采 取 投 股 、 参股 、送 股 、换 股等形 式 ，推 动互 补 型企业 由相互 游离 状 态转 向战 略联盟 ，推动 小产 品形 成 大市 场 。 4 ． 2机 制运 作人 本化 煤 炭市 场竞 争是 技术 竞争 、质 量竞 争 、价 格竞 大跨度开切眼锚周支护技术应用与研究 3 工作 面安 装 简单 。这 是 全 锚 支 护 最 主 要 的优势。工作面安装工艺简单 ，支架可直接进入切 眼 ，省去了传统工艺 中架棚 、替棚等工序 ，安全程 度高 ，安 装进 度 明显 加 快 ，可 有 效 缩 短 安 装 工 期 ， 减轻采掘衔接压力。 4 支护成本低 ，劳动强度小 。与传统的棚式 支 护相 比 ，每米 巷道 可节 约成 本 4 1 0元 ，另外 ，锚 网支 护材 料轻 便 ，大 降低 了工人 的劳动 强度 。 5 依靠科学合理的设计 ，高强度锚杆和预应 力锚索联合支护 ，解决 了底煤巷切眼巷道的支护难 题 ，为大跨度 、大断面的巷道支护提供了一条有效 的途 径 。 参考 文献 1 陆 士 良，汤 雷 ，杨 新 安 ．锚 杆 锚 固与 锚 固 技 术 I- M]．北京 煤炭工业 出版 社 ，1 9 9 8 2 杨建 辉 ，杨万斌 ，付跃升 ．煤项顶板分层板 裂结构 稳定跨度 分析 ．煤炭科学技术 ，1 9 9 9 ． 8 责任 编辑张艳 华 争 ，而归根结底是人才竞争 。人作为生产力中最活 跃 的因素 ，受人 的意识 、观念和素质的影响 ，推动 着 企业 不 同价值 观 的形成 ，从 而 成 为企业 生存 的基 础 、发 展 的动力 、 行 为 的准则 、 成 功 的核心 。主辅分 离 后也 要善 于通 过价 值 理 念 、 道 德 规 范 、 行 为准 则 、 企 业精 神 、 人力 资 源 开 发 ， 使 职 工 树立 新 观 念 、 增 强 新技 能 、 塑造 新 形 象 。各 级 管 理 人 员 要研 究 职工 所 想 、 所需 、 所 求 ， 帮助解 决 他们 的后 顾之 忧 ， 不 断激发 他们 参 与市 场竞 争 的积极 性 ， 提 高 他们 的 实力 和能 力 ， 在 主辅互 动 发展 中发 挥更 大 的作用 。 4 ． 3 内部 市场 社会 化 煤 炭企业 主 辅分 离后 形成 的 内部 市场 ，是 主辅 业按照供求关系进行关联交易的场所。主辅业双方 要以分离后形成的内部小市场为基础 ，以社会大市 场 为 目标 ，以市 场准则 为导 向 ，使 双 方不仅 有选 择 人 员 、队伍 的 自由 ， 而且 能够 在 考 核 、 结 算 、 聘 用 等 方面 独立 地运 作 ， 推进 双方 业务 关联 交 易 的合理性 、 科 学 性 ， 从 影 响煤 炭 主 业 或 辅 业 成 本 的人 工 、 材 料 、 机器设备 、 方法制度 、 环境等各种 因素上调查研究 ， 找 出要 因 ， 制定 对 策 措 施 ， 强 化 内部 控 制 ， 将 原 企 业 内部生产的产品或服务的必要劳动付 出与社会必要 劳动付 出比较 ， 培育核心竞 争力 ， 精心策 划， 精心设 计 ， 精确测算， 成本倒算 ， 在比较优势中生存 ， 使小市 场与大市场对接 。 责任编辑 张大鹏 49 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 2 2 1 1 维普资讯