铁厂沟矿回采巷道锚网支护试验研究.pdf

6 煤 矿 安 全 T 0 I I 3 8 4 铁厂沟矿回采巷道锚网支护试验研究 陈建强 ， 邵小平 ， 石平五 I ． 神华新疆能源有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ； 2 ．西安科技大学 能源学院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 针对铁厂沟矿 4 5 煤层 平均倾角 4 5 。 水平分段放顶煤开采过程 中遇到的回采巷道变形 突出， 特别是底板煤层巷道底帮变形严重的问题 ， 分别在 7 0 7 m与 6 8 8 n l 工作面回采巷道进 行 了锚 网支护的工业性试验研究。通过对底板煤巷掘进期与回采期巷道 变形现 场监测表 明 适 当加大锚杆长度与直径， 并在底板煤巷底帮增加布设底锚 能够有效降低 回采巷道 变形量。 关键词 回采巷道 ； ’ 水平分段放顶煤； 锚 网支护 ； 底锚 ； 安全高效 中图分类号 T D 3 5 3 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 6 l l 一 0 0 0 6 0 3 Ex p e r i m e nt a l St ud y o f De s i g n o n Ro a dwa y s o f Bo l t m e s h S upp o r t i n Ti e c ha n g go u Co a l M i n e C HEN J i a nq i a n g ，S HAO Xi a op i n g ，S HI P i n gW U I ．S h e n g h u a X ij i a n g G r o u p C O ． ， L t d，Wu h u n u q i 8 3 0 0 0 0， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f R e s o t t r c e a n d E n e r g y ， X i h n U n i v e r s i t D 厂 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g ， X i h n 7 1 0 0 5 4， C h i n a Ab s t r a c t I n d u s t l T e x p e r i me n t a l s t u d y wa s c a r r i e d o u t a b o u t b o [ t me s h s u p p o r t i n w o r k i n g f a c e O f 7 0 7 m a n d 6 8 8 m l e v e l i n 、 r J e w o f d i s t i n c t d e f o r ma t i o n o f r o a d w a y s ，e s p e c i a l l y s e r i o u s d e f o r ma t i o n o f b o t t o m w a l l i n b o t t o m t u n n e l s i n h o r i z o n t a l s e c t i o n t o p c o a l c a v i n g i n 4 5 s e a m i n T i e c h a n g g o u c o a l mi n e ．T h e r e s u h o f mo n i t o r i n g c o n s e q u e n c e o f b o t t o m t u n n e l i n pe r i o d o f e x c a v a t i n g a n d w i t h - d r a wa l r e v e a l s t h a t t h e w a y o f s u i t a b l y i n c r e a s i n g l e n g t h a n d d i a me t e r of t h e a n c h o r ，a n d b u i l d i n g t h e b o t t o m a n c h o r c a n e ff e c t i r e l y r e ， d u c e d e f o r ma t i o n i n b o t t o m t u n n e l s ． Ke y wo r d s r o a d w a y s ；I mr i z o n t a l s e c t i o n t o p c o a l c a v i n g；b o l t me s h s u p p o rt；b o t t o m a n c l mr ；s a f e t y a n d h i g h e ffic i e n 1 地质概况 神华新疆能源有限责任公司下属铁厂沟煤矿位 于乌鲁木齐东郊 ， 西距乌鲁木齐市 3 4 k m。矿井 主 采4 5 煤层为急倾斜稳定巨厚煤层⋯， 煤层厚度由 西 向东逐渐增厚 ， 结构 由简单到复杂 。回采区域煤 层水平厚度5 4 m， 走向N W 2 4 7 。 ， 倾角南压北4 5 。 ， 倾 向N E 1 5 7 。 。煤层属单斜构造， 煤层中有 7 1 3 层小 于 0 ， 3 I l l 的夹矸 ， 回采 范围内无 大 的褶 曲和断层。 煤层顶底板岩性以粉砂岩为主， 工作面采用水平分 段放顶煤开采。在最初 7 2 1 in首采面试生产期 间， 回采巷道布置方式设计采用梯形刚性支护， 棚间 距 l n l 。在工作 面实际 回采过程 中， 巷道矿压显现 特征 一 明显， 巷道两帮及顶部变形均较大， 特别是 工作面超前支护段 变形及底板巷道底臌尤 为严重 ， 严重影响了工作面的安全生产。 置位置至为关键 ， 巷道接近底板 ， 工作面放煤长度增 加 ， 顶煤回收率增加。但巷道布置同时受到巷道破 岩量 ， 顶底板走 向， 巷道支护方式 等诸要素的制约。 铁厂沟矿 回采巷道沿顶底板平行布置。两巷平行 ， 间距按工作面装备要求 ， 结合顶底板条件确定 ， 底板 部分破板岩 ， 两巷走向上在距石门 4 6 0 5 0 0 m外调 整方位 ， 分段直线布置。同时， 煤层开采过程中发现 工作面与巷道水平交汇处出现滑移底板三角区。若 运输巷放在底板， 滑移底板将对工作面端头产生侧 向压力作用在端头支护的一字梁和支护单体上， 易 造成端头失稳 ， 端头支护 复杂 困难。因此工作 面布 置时充分利用煤层特厚的有利条件， 将运输巷布置 在顶板侧 ， 工作面过渡支架沿底板侧布置， 利用工作 面后帮输送机机尾放顶煤。 3 7 0 7 i n与 6 8 8 in水平试验工作面底板锚网支 护巷道断面设计对比 2 巷道布置方式 锚网支护与原金属支架架棚支护相对 比， 其 优 急倾斜煤层水平分段综采放顶煤开采 ， 2 1 2 点为减少了巷道掘进量 ， 提高了巷道断面利用率； 原 作面长度受煤层水平厚度限制 。工作面巷道布 架棚巷道断面积一般取 9 ． 8 9 in ， 锚网巷道断面为 维普资讯 煤 矿 安 全 2 0 0 6 1 1 7 7 ． 8 7 m ， 断面减少了2 0 ％； 掘进过程中顶板事故明 显减少 ， 有效避免 了架棚巷道因放炮 和运输 引起 的 倒棚事故； 劳动强度降低， 掘进速度平均提高了 3 0 ％以上。 7 0 7 111 水平工作面试验巷道选定锚杆 长度为 1 ． 8 m， 锚杆间排距 6 0 0 m m， 采取端头锚 固 方式。金属网采用 1 O号铁丝编织的菱形网， 网孔规 格4 0 m m 4 0 m m 。鉴于煤层倾角 4 5 。 ， 节理较发 育， 巷道成型比较差， 顶部易碎破垮落等特点， 为方 便掘进及生产， 有利于巷道受力， 巷道断面形状选择 为微拱形。巷道掘进采用光面爆破施工技术 ， 主要 控制周边眼眼距 ， 多打眼少装药 ， 尽可能减少对围岩 的破坏。循环进 度为 1 2 m。锚杆支架先 顶后帮 ， 锚杆眼深 1 ． 6 m， 挂 网搭接长度不少于 1 0 0 mm， 托 盘紧贴煤壁 ， 螺 冒紧固。底板 巷道断面形状 和尺寸 见图 1 。 图 1 7 0 7 m水平工作面底板巷道断面形状 6 8 8 m水平工作 面试验 巷道选定锚杆问排 距 6 0 0 m m， 锚杆长度 2 2 0 0 mm， 直径增大到2 8 m m。 考虑到巷道承受动压 ， 锚杆支护 中采用 1 2 铁丝编 制的菱形金属网。巷道周边长度为 6 0 0 0 m m， 两帮 铺到距底板 2 0 0 m m处。选网 目5 0 mm 5 0 mm， 金 属网规格 5 5 0 0 mm6 0 0 mm。 由于底板巷道靠底 板下帮变形大， 底臌严重 ， 在此处加底 锚。 6 8 8工 作面底板巷道断面尺寸及加底锚后如图 2示。 4 巷道变形量对 比分析 4 ． 1 工作面回采前底板锚 网巷道 变形量对比分析 7 0 7 1T I 水平工作 面回采前对底板试验巷道进 行变形量观测。图3为回采前巷宽及巷高变形与巷 道设计断面尺寸 净高 2 ． 4 m， 净宽 2 ． 5 m 对比后 的变形 曲线。由图知掘进初期 的局部巷帮在回采前 变形 量较大 ， 距 开 切巷 7 2 0 n处巷 宽 变形 达 6 0 0 m m， 7 8 6 m处巷高变形达 4 8 0 n l n l 。同时观测中发 图2 6 6 8 m工作面底板巷道断面形状 } J J 巷 离／ l 】 一 搂宽变形 ；一 巷高变形 图3 7 0 7 m工作面回采前底板巷道变形曲线 现巷道顶部受采动影响前变形量较小 ， 采动前最大 为 1 2 0 mm； 而巷道近底板侧巷帮变形较大 ， 一般达 2 0 0 m m ， 部分 区段底角 出现垮 塌， 巷道底臌相 当严 重 ， 最大时达到 7 8 0 m m 距成巷时间 3个月 。 6 8 8 m水平工作面 回采前对底板试验 巷道进 行变形量观测。图 4为回采 前巷宽及巷高变形与巷 ， I 切 离／ l1 一 宽变形 ．巷岛 变形 图4 6 8 8 m工作面回采前底板巷道变形曲线 道设计断面尺寸 净高 2 ． 4 m， 净宽 2 ． 5 m 对比后 的变形曲线。由图知底板锚 网试验巷道支护参数经 优化后 ， 巷道水平与垂直变形量与 7 0 7 m水平工 维普资讯 8 煤 矿 安 全 l 3 8 4 作面变形相比有较大幅度降低。距开切巷8 1 0 m处 巷宽变形为4 0 m m， 8 1 5 m处巷高变形为 1 0 0 m m。 同时观测结果表明支护参数经优化后巷道四周收缩 量相对较小 ， 巷道 两帮最 大相对 变形量为 】 l 5 e m。 底臌现象不明显， 实测最大底鼓量 2 8 0 m m， 且仅占 有很少 比例。 4 ． 2 回采期底板巷道 变形量对比分析 7 0 7 m水平工作面回采时， 受工作面采动影 响， 巷道发生变形量较大， 局部地段发生巷道高冒， 变形以两帮相对移进量变形和底臌为主。采动影响 超前工作面 3 0～5 0 m。底板巷煤壁前 方受回采超 前压力影响巷道变形曲线 如图 5示 。由图 5可知变 距 I ff 面距离／ i 1 一 巷宽 变形 ； 一 巷高变形 图5 7 0 7 m工作面煤壁前方受回采 超前压力影响巷道变形 形比较明显的区域为距离工作面前方 5 0 m以内； 巷 道在工作面前方 5 0 m开始有 比较明显 的变形 ， 两 帮 变形量为 4 0～ 6 0 e m； 在工作面前方 3 5 m处开始加 速变形 ， 至工作面出 口巷宽变形高达 1 0 0 e m。巷道 高度在工作面前方6 0 m开始有比较明显的变形， 顶 底变形量为 3 0 ～ 8 0 e m； 在工作面前方5 0 I ll 处开始 加速变形， 至工作面出口变形量高达 7 5 e m 。由于 底板巷变形大， 工作面回采过程中巷道维修量巨大， 端头稳定性不好 ， 维护困难。 图 6为 6 8 8 m水平工作面 回采时， 底板巷煤 0 3 9 0 5 l l 5 2 0 2 5 3 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 06 5 7 0 距离 L 作听 离／ t I1 一巷宽变形； 一巷高 变形 图6 6 6 8 m工作面煤壁回采前方 受回采超前压力巷道变形 壁前方受回采超前压力影响巷道变形曲线。与 7 0 7 m工作面煤壁前方受回采超前压力影响巷道变 形相比， 变形量有了较大幅度降低。变形比较明显 的区域为距离工作面前方 3 0 m以内。巷道在工作 面前方 5 0 m开始有比较明显的变形 ， 变形量为 1 0 ～ 2 0 e m； 在工作面前方 3 0 m处开始加速变形 ， 至工 作面出口巷高变形最大仅达3 2 e m， 比 7 0 7 m工作 面出口巷高最大变形量降低 5 8 ％， 巷宽最大变形量 降低 8 0 ％。总体上， 巷道顶底移近量大于两帮移近 量。对比后表明 6 8 8 m水平工作面经优化后的锚 网支护设计可以满足铁厂沟矿实际开采的需要， 保 障工作面正常高效生产。 5 结论 1 铁厂沟矿工作面布置时将运输巷布置在顶 板侧 ， 工作面过渡支架沿底 板侧布置的方式为解决 端头支护困难问题提供 了一种有效方式。 2 6 8 8 m水平工作面试验巷道选定的锚杆 长度 2 2 0 0 m m， 排距 6 0 0 mm， 金属 网规格 5 5 0 0 m m 6 0 0 m m， 并且在底板巷道靠底板下帮增设底锚的 布置方式， 有效降低了巷道变形量， 特别是底板侧底 臌 明显的问题 。 参考文献 [ 1 ] 李栖凤． 急倾斜煤层开采[ M] ． 北京 煤炭工业 出版 社， 1 9 8 4 ． [ 2 ] 吴 健． 放顶 煤开采的顶煤活 动规律及矿 压显现 [ G ] ／ ／ 第四届煤矿采场矿压理论与实践讨论会论文 集． 徐州 中国矿业大学出版社， 1 9 8 9 ， 1 3 0 1 3 6 ． [ 3 ] 黄庆享， 赵塑柱． 放顶煤工作面来压监测预报研究 [ G] ／ ／ 中国青年学者岩土工程力学及其应用讨论会 武汉， 1 9 9 4 论 文集． 北京 科学出版社 ， 1 9 9 4 5 9 0 5 95． [ 4 ] 石平五． 急倾斜大段高综采放顶煤矿压显现及围岩控 制[ J ] ． 矿山压力与顶板管理 ， 1 9 9 2 4 4 3 4 7 ． [ 5 ] 石平五， 高召宁． 急斜特厚煤层开采围岩与覆盖层破 坏规律[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 3 ， 2 8 1 1 31 6 ． [ 6 ] 高召宁， 石平五． 急斜水平分段放顶煤开采岩移规律 [ J ] ． 西安科技学院学报 ， 2 0 0 1 ， 2 1 4 3 1 6 3 1 8 ． [ 7 ] 石平五， 张幼振．急斜煤层放顶煤开采“ 跨层拱” 结构 分析[ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 6 ， 2 5 1 7 98 2 ． 作者简介 陈建强 1 9 7 0一 ， 男， 新疆乌鲁齐人， 1 9 9 4年 毕业于西安科技大学采矿工程专业， 在读工程硕士， 现任神 华新 疆分公 司碱沟矿总 工程师。 收稿 日期 2 0 0 60 43 0 ； 责任编辑 梁绍权 维普资讯