厚煤层切眼全断面掘进锚网梁联合支护.pdf

第3 l 卷 专 辑 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年8 月 厚 煤 层 切 眼全 断 面 掘 进 锚 网梁 联 合 支 护 吴爱民，周艳国，杜卫东，张君荣，樊满良 开滦 集团有限责任公司 钱家营矿业分公司，河北 唐山0 6 3 3 0 1 摘要 通过 对综采工作 面切 眼全断面掘进锚 网梁支护形式 的综合分析 ，表 明此施工形 式 比先掘后 扩在技术 上是先进 的、经济上 是合理 的、安全上 是 可靠 的，在 1 3 2 2西工 作 面切 眼进 行 了首次试 验 并获得 成功 ，证 明在适 宜地 点采用此种 支护方式是综采工作 面切 眼支护 的发展方 向。 关键词 综采工作 面；切 眼全断面掘进 ；联 合支护 中图分 类号 T D3 5 3 文献标 识码 B 文章 编号 0 2 5 32 3 3 6 2 0 0 3 S O一 0 0 4 70 3 Co mb i n e d s u p p o r t o f b o l t ．me s h a n d b e a m f o r M l f a c e e x c av a t i o n i n t hi c k s e a m o p e n． O f f c ut WU Ai mi n，Z HOU Ya n g u o，DU W e i d o n g，ZHANG J u n r o n g ，F AN Ma n l i a n g Q／ a n j ／ a y ／ n g C o a l Mi n i n g B r a n c h ，K a i l u a n G r o u p C o r p ．L t d ． ，T a n g s h a n 0 6 3 3 0 1 ， 钱 家营 矿业 分公 司是 1 9 8 8年 投产 的大 型现代 化矿井 ，设计年 生产能力 4 O O万 t ，1 9 9 9年 达到设 计生产能力 ，2 0 0 2年 产量 达 到 了 5 4 3万 t 。钱家 营 矿业分公司采煤方式为走向长壁综合机械化采煤 ， 综采工作 面开切 眼为 6 ． 5 m 3 ． 0 m 的大 断 面 ，巷 道支 护的 目的是在巷道施 工后 ，打破 了原 岩应力的 平衡状 态 ，通过对巷道 的加强支护重新 建立新 的平 衡 ，在一定时期 内维持围岩 的相对稳定 ，保证矿井 生 产所必需安全 空间 。锚杆支护 以其 主动支护 、能 充分利用 围岩 自承能力 的特点 ，使锚杆支护得 到了 较快 的发展 。 由于锚杆支护 特有的优越性 ，近几年 切眼几乎全部 采用锚 网梁 支护 ，但考虑到切 眼跨 度 大 ，以前 均采用先掘后扩 的方式 ，即先 掘切 眼宽度 4 ． 0 m，然后扩 到 6 ． 5 m 宽 。这 种掘 扩 方 式存 在 2 次对 顶板破坏 2次支 护 、费工 、费时 、投 入 较 大 、 维 护时 间长等缺 点和不足 。为解决这 些问题 ，经过 学习研究并参 照 国 内先进 经验 ，掘 1 3 2 2西 切 眼 时 采取厚煤 层 全 断 面一 次 掘 进 ，带来 良好 的经 济效 益 ，此做法可 以在条件相适 宜的地点推广 。 1 工 作 面及 切 眼 地质 概 况 该 工 作 面 为 1 3 2 2西 ，切 眼 位 于 三 采 区西 翼 ， 切眼长 1 5 3 ． 2 m，斜上方 为 1 3 2 1西设计工作 面， 斜 下方为 1 3 2 3西设 计工作 面 ，上 覆 9煤 层 1 3 9 1西 正在 回采 ，东 翼为三采上 山系统 。煤层稳定 ，煤 层 厚 3～4 I l l ，平均 3 ． 7 I l l 。煤层较软 ，复结 构 ，层理 发育 。煤层倾角 4～1 5 。 ，平 均 1 0 。 。基本顶 为深灰 色粉砂岩 ，泥质胶结 ，含菱铁矿膜 ，岩石中可见海 百合化石 ，厚度 3 ． 2 I l l 。直接顶 为黑色腐 泥质 黏土 岩 ，性脆 ，细腻 ，贝壳状断 口，油脂 光泽 ，中厚层 夹薄层状 ，厚度 2 ． 5 6～4 ． 9 0 I l l ，平均 3 ． 8 I l l 。直接 底粉砂 岩 厚 度 2 ． 5 4 I l l ，老 底 细 砂 岩 厚 度 2 ． 8 6 I l l ， 较坚硬 。 2锚杆支护参数选取 依 照 原 煤 炭 部 煤 巷 树 脂 锚 杆 支 护 技 术 规 范 ，根据悬 吊理论、加固拱理论 、松动圈理论 ， 经过计算 ，按照理论分析法 、工程类 比法及实践经 验 ，顶锚 杆选用长 2 ． 4 I l l 、直径 2 2 n u n的高强螺纹 钢锚 杆 或 直 径 2 0 mm、长 2 4 O O m m 的 等 强 锚 杆 经过实验及应 用直径 2 0 n u n的等 强锚杆各 项指标 相同或高于直径 2 2 n u n的高 强螺纹钢 锚杆 。以前 先掘后 扩方式设计取 先掘切 眼部分 锚杆 排距 为 0 ． 8 I l l ，间距 为 0 ． 7 2 I l l 。采用 4 ． 0 I l l 长的 6孔钢 带 ，眼 距 7 2 0 mm；由 于原 来 均 为 先 掘 后 扩 ，扩 面 采 用 2 ． 3 I l l 长 的 4孔钢带 ，眼距 6 6 0 mm；如扩面改为 3 孔 ，则 眼距 为 8 8 0 n u n ，眼距 大 ，且切 眼部 分 掘 出 后已使扩面侧顶板及煤体产生应力变化 ，不适宜扩 大眼距 ，因此顶锚杆 为 1 0根 。 自 1 9 9 6～2 0 0 2年一 直使用此种锚 网梁支护方式 。 2 ． 1 切 眼支护 强度的计算 由于 2 ． 4 I l l 长 的锚杆深 入到顶板深度稳定岩层 4 7 维普资讯 第3 l 卷 专 辑 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年8 月 的长度小 于 0 ． 3 r l l ，故 不 能采 用单 独 的锚杆 支 护 ， 应采用锚杆 、锚索 、钢梁 的联合 支护形式 。锚杆选 用长 2 ． 4 r l l 、直径 2 2 m m 的高强螺纹钢锚杆 或直径 2 0 m m、长 2 4 0 0 m m的等强锚杆，按排距 0 ． 8 rll 、 间距 0 ． 7 7 r l l 布 置 ，每 排 9根锚杆 ，在 切眼 内沿倾 向布置 2排锚索 ，2排托梁 。 切眼若采用锚杆 锚索 钢梁联合支护 ，经过 ．计算 ，对顶板压力的安全系数为 3 ． 6 7 ，大于原煤 炭部 煤巷树脂锚杆支护技术规范要求。 2 ． 2 切 眼的支护形式 1 顶锚杆采用直径 2 2 m m、长 2 4 0 0 m m高 强螺纹钢锚杆或直径 2 0 m m、长 2 4 0 0 m m的等强 锚杆 ；每 孔 装树 脂 药 卷 4卷 ；树 脂 药 卷 为 K 2 5 3 0 锚 固剂 。 2 帮锚杆 设计 采用直径 4 1 m m、长 1 8 0 0 m m 管缝式 锚杆 ，根据现场情 况调整为直径 1 6 mm、长 1 6 0 0 m m 的木锚杆 。 3 钢筋 梯 采用 直 径 1 2 mm 的钢 筋 ，焊接 长 3 3 8 0 mm的 5孔钢筋梯 。 4 顶 网采用 5 0 0 0 mm x 1 0 0 0 mm 的菱 形金 属 网 ，帮网采用 4 0 0 0 mm x 1 0 0 0 mm 的塑料 网。 5 切眼巷 中布 置 2排小孔径预应 力锚索 ，直 径 1 5 ． 2 4 mm x 8 0 0 0 mm长 ，排距 3 ． 5 1 1 1 ，间距 2 ． 0 1 1 1 ，用 6卷树脂锚 固剂 。 6 单体 支柱使 用 3 ． 1 5 1 1 1 ，单体柱配 3 ． 5 1 1 1 I I 形钢梁 。 切 眼锚 杆的布置如 图 I所 示 。 ＼1 l 如 2磐4 00孳ra嚣m 繇,2210 一 ～ 2O。 I 堇 1O 一 2O。 9 带 2 2 5 0 长 I 8 0 Omm、 4 1 mm 管 缝帮锚 杆 或木锚 杆 图 1 切 眼剖 面示 意 3施 工工 艺 、顺序 及 所 遇 问题 1 施工 采 用 Am一5 0型掘 进 机 进 行 截 割 装 载，配 Q Z P一 1 6 0转载机和 S G W 一 4 0 T刮板输送机 48 运煤 。顶 锚 杆 采 用 MQ T一7 0 C单 体 气 动 锚 杆 机 ， 锚索采 用 MQ T一9 0 C单 体 气 动 锚杆 机 ，帮 锚 杆使 用煤 电钻及 MQB一3 5型气 动手持式煤帮锚杆钻机 。 2 切 眼施 工采取一侧导硐 超前全 断面一次掘 进方法 ，导硐为 切眼宽度 的一半 ，断面为 3 ． 4 n l x 3 ． 0 n l ，超前距离一般 为 2 ． 0～2 ． 4 n l ，钢 筋梯 中 间 联锁 1 5 0 m m，以加强 支护 的整 体性 ，顶板 好 时一 次掘 2排 。 3 施工工艺如 图 2所 示 。 图 2切 眼 的施 工工 艺 掘进够超前距离后，退机转向另一侧 ，仍按图 2所示 的循环施 工工艺施工 。施工 中所 遇 问题及 注 意事项 ① 托梁滞后迎头不超过 3 0 r ll ，锚索距掘 进工作面 一般 为 2 0 r l l ，顶 板 不好 、压 力 大 时及 时 在掘进工作面打。② 通风问题由于切眼断面大， 要保 证供 风量及风速要满足要 求 ；此工作面采用双 局 部通风机各 2 8 k W、双 电源供 电 ；同时瓦斯探 头 按 要求布置 ，使切 眼掘进过 程未 出现 “ 一通 三防” 问题。③ 施工中遇到 2处顶板破碎带并过一条 日 1 ． 6 r l l 的正断层 ，按 照 以往 的做法 ，均 采用横 板 梁支护 ，该 次掘进 采 用提 前打 顶锚 杆 ，缩 小排距 ， 超前 打锚 索的方式通过 ，效果较好 。 4综合效果分析 1 断面变形量 小 ，对掘进及安装顶板控 制非 常有利 。 自2 0 0 3年 3月 1日切眼掘进 至 2 0 0 3年 4 月 1 6日，工作面 综采设 备 安装 完成 ，切 眼共安 设 离层仪及 表面位移 布点 各 4个 3 O～5 0 r l l 一 个 。 观测结果 表 明 ，三处 顶 、底 板及 帮小 于 2 m m，一 处两帮相对移近量为 6 m m。与以前先掘后扩方式 地质条 件较好时顶帮最 小位 移为 2 O～5 0 m m对 比， 证明全断面一次掘进 支护效果 良好 ；采用锚 网梁 全 断面整体联合支护后，围岩暴露后及时支护 ，锚杆 布置均匀 ，使 得锚杆受力好 于先掘 后扩的方式 ，中 间钢筋梯 联锁 ，更增强 了切 眼支护的整体性 ，先掘 后扩方式 中间无法联锁 ，只得缩小 中间间隔处锚杆 间距 ；经过拉拔试验及上述 监测数据均证 明全 断面 维普资讯 第3 1 卷 专 辑 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年8 月 软岩 与薄煤层巷道 支护施 工 实践 郝立东，朱占 虎，姜凤彬，孙玉成，袁伯龙 开滦 集团 有 限责任公 司 钱 家营 矿业分 公 司 。河北 唐 山0 6 3 3 0 1 摘要通过锚网喷支护技术的应用，使用金属管缝式锚杆加钢筋网、喷混凝土支护。在软岩、 ．破 碎 带及 薄煤 层应用锚 网喷支 护替代 了架棚 支 护， 降低 了施 工 劳动 强度 ，保 证 了施 工安 全 、工程质 量 ，提 高 了施工进度 ，取得较好 的经 济效益。 关键词 锚 网喷；软 岩 ；薄煤层 ； 戈护 中图分 类号 T D 3 5 3 文献标 识码 B 文章编 号 0 2 5 32 3 3 6 2 0 0 3 S O一0 0 4 90 3 Pr ac t i c e o n s uppo r t a nd c o ns t r uc t i o n i n s o f t r o c k a nd t hi n ．s e a m r o a dwa y HAO L i d o n g ，Z HU Z h a n h u，J I ANG F e n g b i n，S UN Yu c h e n g ，YUAN B o l o n g Q i a , i a y i n g C o a l Jl n i n g B r a n c h， Ka U u a n G r o u p C o r p ．L t d ．，T a n g s h a n 0 6 3 3 0 1 ，C h ／ n a 开滦 钱家营矿业分公 司 一4 5 0 m水平 东翼施 工 的岩 石 巷道 工 程 ，地 质 条 件复 杂 、隐 含 断层 比较 多 ，并且处在新 的区域。根据锚 网喷支护的设计原 理 ，在 1 9 9 8～2 0 0 0年 施工 一4 5 0 m 水平 东 翼 四采 新增风桥过 1 ． 2 m厚 煤层 和软 岩破 碎 带 ， 一4 5 0 m 水平东翼带式输送 机巷和轨道 大巷过薄煤层 、软岩 破碎带应用 。2 0 0 3年观 测 所施 工 的巷 道没 有 发现 塑性 变形 ，无掉混凝土现 象 。为在开拓巷道过软 岩 破碎 带和薄煤层时使用锚 网喷支护提供 了依据 ，也 为提 高单进打下 了基础 。 1 工程概况及 问题的提 出 - 4 5 0 m水平 东翼巷道均布 置在 1 2 。 一1煤层底 板岩石 中 ，处 于南 阳庄背斜轴部构造 复杂区 ，越接 整体 支护效 果 良好 ，使得 围岩非常稳定 ，保证 了整 个工作 面安装期 间的切 眼断面 ，使工作 面的安装状 况得 到了改善 ，保证 了工 作面安装时 的安 全 ，为顺 利安装 创造 了条件 。 2经 济 效 益 好 ， 因 为 钱 家 营 矿 掘 切 眼 自 1 9 9 6年全 面推广 锚 网梁 支护 ，故 经济 效 益 对 比不 再 与 1 9 9 6年 以前 的非锚 网梁支 护进 行对 比 ，仅 与 先掘后扩 的锚 网梁支护进行对 比。 与近几年 的先掘后扩锚 网支护 相 比每排减 少 1 根顶锚杆 ，一 套 顶 锚 杆 按 现 在价 格 4 4 ． 5元 计 算 ， 切眼共节约 8 9 0 0元 ，且整体 支护效 果 明显 好 于先 掘后扩方式 。优化设计采用 钢筋梯联锁 ，钢 带每块 7 8元 ，钢筋 梯 每块 3 9元 ，每 块 节 约 3 9元 ，整 个 切 眼节 约 1 ． 5 6万 元 。帮锚 杆 改为 木锚 杆 3根 ，一 套管缝 锚杆 1 6 ． 3元 ，每套 木锚 杆 4元 ，一 套可 节 约 1 2 ． 3元 ，整 个切 眼节 约 5 7 0 0元 。节省 掘进 工 期 1 0～1 5 d ，按每 天需 用工 最低 3 0个计 算 ，节约 3 0 0个工 ；节省清 理用 工 4班 ，按每班 1 0个计算 ， 节约 4 0个 工 ；减 少安 装倒 运刮 板输 送机 2次 ，减 少衔接 刮板 输送 机 2部 ，节 省 用工 6 0个 ，按 每工 6 0元计算 ，共 可 节约 2 ． 4万元 。单 个工 作 面切 眼 共节 省 5 ． 4 2万元 ，按照现 年产能力 5 4 3万 t ，每 年 需掘 工作面 1 4个 ，年直接经济效 益为 7 5 ． 8 8万元 。 参考文献 ． [ 1 ] 袁和生．煤矿巷道锚杆支护技术[ M] ．北京 煤炭工业出 版社 。1 9 9 7． [ 2 ] 董方庭．巷道 围岩松动圈支护理论 及应用技术[ M] ．北 京 煤炭工 业 出版社 ，2 0 01 ． [ 3 ] 黄福昌．兖州矿区煤巷锚 网支护技术 [ M] ．北京煤炭工 业 出版社 ，2 0 0 0 ． 作 者简 介 吴 爱民 1 9 6 5一 ，男 ，河 北 遵化 人 。硕 士 ，高 级 工程师 ，现为开滦 集团有限责任公司钱 家营矿业分公司生产 经 理 。 收稿 日期2 0 0 3 0 50 8 ；责任编辑刘军娥 49 维普资讯