煤矿采煤掘进中高强支护技术的应用.pdf

总第208期 机械管理开发 Total 208 2020 年第8 期__________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT_____________________No.8,2020 设计理论与方法 D0110.16525/l4-1134/th.2020.08.017 煤矿采煤掘进中高强支护技术的应用 王 亮 西山煤电官地矿机电科， 山 西 太 原 030052 摘 要 针对某矿软岩工作面巷道顶板及两帮采用常规支护后仍出现变形破坏严重的问题， 在分析其地质、 煤 居及顶底板情况的基础上， 研究了该工作面的主要变形特征和影响因素， 并基于高强支护理论为工作面设计 锚杆 锚 索 钢筋网 钢带的基础支护方案，以及对关键变形位置采用增设弧拱形支架和注浆加固支护设 计， 从而实现对巷道工作面的高强度支护。 关键词 变 形 锚 杆 注 浆 加 固 弧 拱 形 支 架 稳 定 性 中图分类号TD353.6 文献标识码A 引言 煤炭生产的安全性在一定程度上受制于巷道的 支护效果和支护质量。 近年来,随着采煤工艺和采煤 技术的不断进步， 以及开采深度的不断升人,工作面 巷道的地质情况越发的复杂，巷道内的矿压现象问 题越来越严峻， 从而对巷道支护造成困难[ 1 ] 。 针对上 述问题， 为保证巷道的掘进速度、 推进速度的要求， 需采用效果更好、 更加安全的支护方式。 本文着重对 煤矿采煤机掘进中的高强支护技术进行研究。 1工程概况 本文以某矿为研究载体，该煤矿的生产能力为 600万 1/年 ， 工作面煤层倾角范围为20。27。，平 均 倾 角 为 2 3 ，目 前 该 工 作 面 的 开 采 深 度 为 138338m。 该工作面巷道的长度为1 180 m， 工作面 煤层的平均厚度为5.25 m， 采高为4.2 m。工作面所 采用的开采工艺为长壁式综合机械化开采，对应的 顶板管理办法为全部挎落法。该工作面的顶底板情 况如表1所示。 2采煤掘进工作面变形特征及影响因素分析 表 1工作面顶底板情况 顶底板 名称 成分 岩层平均 厚度/m 备注 老顶粗砂岩19.63 岩层颜色为灰白色， 主要成分为石 英长石 直接顶粉砂岩1.37 岩层颜色为灰白色或浅灰色， 主要 成分为石英 伪顶泥岩5.25岩层颜色为黑色， 硬度中等 直接底 粉砂岩、 细砂岩 7.89 岩层颜色为灰白色,主要成分为石 英和云母 老底粗砂岩3.23 岩层颜色为灰黄色和灰白色， 主要 成分为石英， 少量为云母 收稿日期 2020-05-11 作者简介 王亮（ 1982 ） ， 男， 毕业于太原理工大学机电一体 化专业， 研究方向为煤矿机电。 文章编号 1003-773X 2020 08-0040-02 2 . 1 采煤掘进工作面变形特征 本文所研究工作面自施工以来巷道变形严重， 为 充分掌握工作面的变形情况， 在其顶板采用“ 十字布 点” 的方式对顶板和两帮的移近量进行监测。经对监 测数据进行分析， 可将工作面的变形特征总结如下 1 工作面巷道顶板出现不同程度的煤层脱落; 巷道顶板所采用的支护锚杆被拉断且钢带也被拉 断， 其中有一部分钢丝网被完全破坏[ 2 ] 。 其中， 针对顶 板下沉掉包严重的位置擦用木垛的方法进行强化支 护， 但最终效果不明显。 2 整个巷道工作面的底鼓现象较为严重， 底鼓 量最大可达1 500 mm。由于较大的底鼓量导致整个 巷道的高度仅为1 m。 3 工作面巷道两帮的片帮现象严重， 导致留设 煤柱变小。 4 巷道底板与靠近工作面帮部的位置处出现严 重的鼓出现象， 导致原先的支护效果完全失效。 2 . 2 采煤掘进工作面变形影响因素 导致采掘工作面巷道变形且被破坏的原因可总 结如下 1 工作面巷道围岩的力学特性所导致。巷道顶 底板的岩层强度较低，在强度的压力下容易导致巷 道顶板或两帮的压力集中，从而导致顶板和两帮的 岩层发生塑形变形,继而出现底鼓的现象， 最终影响 了巷道顶板和两帮岩层的稳定性[ 3 ] 。 2 工作面开采扰动。在巷道掘进期间岩层表面 的收敛量较小， 巷道顶底板相对稳定； 当工作面开始 采煤时， 由于受到采煤动压力的影响,导致工作面巷 道顶板出现下沉， 而巷道煤柱被压缩变形的现象。 3 支护结构不合理。当前工作面采用顶板锚杆 支护、 两帮锚杆支护、 顶板加挂钢筋网， 且在两帮和 顶板均设有钢带的支护方式。巷道断面的支护如下 页 图 1所示。 2020年第8期王亮煤矿采煤掘进中高强支护技术的应用. 41 图1巷道支护断面示意图（ 单位mm 工作面巷道所采用的支护方式在一定程度上影 响巷道围岩的稳定性。鉴于该工作面的特殊性采用 锚网梁和U型钢复合支护的方式， 但是钢带与钢支 架在刚度、 强度以及结构上不耦合。 随着巷道的不断 推进， 导致当前巷道的支护方式下的U型缸和锚网 梁不能起到共同承载和变形的目的，最终导致巷道 围岩稳定性被破坏。 3采掘工作面高强支护的设计 为保证采掘工作面巷道的最终支护效果和支护 质量， 需根据巷道的地质条件、 顶底板情况以及煤层 特征选择最佳的支护时间。 此外， 巷道支护设计时应 尽可能地优化支护参数，在能保证工作面安全生产 的前提下， 尽可能地降低工程造价[ 4 ] 。经对该工作面 地质条件和实际生产中巷道变形破坏特征及影响因 素分析的基础上， 拟采用“ 支 、 护 、 封 、 让” 的联合支护 思路实现对巷道工作面的高强支护。 3 . 1 髙强支护方案的设计 1 顶板锚杆支护参数所采用锚杆的直径为20 mm， 长度为2 500 m m的左旋无纵筋螺纹钢描杆， 锚 杆之间的间距为700 mm,每排锚杆的间距为800 mm,采用2卷MSK23/70的锚固剂对其进行固定。 2 两帮描杆支护参数采用描杆的直径为18mm， 长度为2 100 mm的螺纹钢锚杆。 锚杆之间的间距为 700 mm,每 排 描 杆 的 间 距 为800 mm,采 用1卷 MSK23/70的锚固剂对其进行固定。 3 底板锚杆支护参数采用锚杆的直径为20 mm, 长度为2 500 nun的左旋无纵筋螺纹钢锚杆。 锚杆之 间的间距为700 mm,每排铺杆的间距为800 mm,采 用2卷MSK23/70的锚固剂对其进行固定。 4 加挂钢筋网 钢筋网网格的形状为正方形， 长 度 为150mm。顶板钢筋网网片的长度为5 0 0 0 mm, 宽度为800 mm;两帮钢筋网网片的长度5 000 mm, 宽度为2 000 mm。 5 加装钢带对于巷道顶板和两帮的单个锚杆 采 用W型钢带对其进行连接， 使单个锚杆形成一个 承载整体。 6加装锚索在巷道底角布置锚索， 所布置锚索 的角度呈4 5 ， 所选锚索的直径为15.24 mm,锚索 的长度为4 000 mm, 每排销索的间距为1 400 mm, 采用3 卷树脂药卷进行固定。 3 . 2 髙强支护的加固设计 针对工作面巷道变形破坏严重的位置采用注浆 加固的方案[ 5 ] 。注浆加固所选型的设备为气动高压 双液化学注浆泵， 具体型号为ZBQ-20/35,该注浆泵 的具体参数如表2 所示。 表 2 ZBQ-20/35关键参数 注浆量/ L.min-1 注浆压力/ MPa 供气压力/MPa 压缩空气消耗量/ m3*min 20350.60.5-2.5 除此之外，针对巷道顶板和两帮破坏变形严重 的位置， 为巷道加设弧拱形钢支架进行加固， 加固后 断面的支护如图2 所示。 4 图 2弧拱形钢支架加固示意图（ 单位 mm 结语 工作面巷道的支护质量和效果在一定程度上决 定整个工作面的生产效率，就岩层条件复杂的工作 面而言， 应采用高强度支护技术对断面进行支护。 本 文针对某矿为其设计高强度支护方案 1 针对该工作面顶板和两帮变形破坏严重的问 题 ，在巷道顶板和两帮采用锚杆锚索联合支护的同 时，为其加装钢筋网并为单个描杆加装钢带使其形 成一个承载整体的支护效果。 2 针对巷道顶板和两帮变形最为严重的位置， 为 其选择注浆加固和增加弧拱形钢支架的加固支护。 参考文献 [ 1 ] 康红普.高强度锚扞支护技术的发展与应用[J].煤炭科学技术， 20002 1-4, [ 2 ] 李大伟， 侯朝炯， 柏建彪.大刚度高强度二次支护巷道控制机理 与应用[J].岩土工程学报,2008, 7 1 072-1 078. 下转第4 4 页 ） 44 机械管理开发 jxglldhjb 第3 5卷 于变频电机直接驱动方案降低了驱动电机与制动器 的要求， 工作过程中电机处于高频状态运行， 但是蜗 轮蜗杆传动效率极低，并且系统维护保养工作要求 较高。 3 .4 .4方案对比分析方案对比分析 随着科学技术的发展， 电机调速技术日趋成熟， 永磁同步电机低转速高扭矩输出的优势越来越突 出，变频电机直接驱动系统相较于另外两种方案具 有结构简单紧凑、传动效率高、工作稳定性好等优 点 ，因此变频自动张紧装置的传动系统采用变频电 机直接驱动系统。 4结论结论 1 将新型变频自动张紧装置应用于某型号带式 输送机中， 能够完成输送带的张紧要求， 保证了带式 输送机的安全稳定运行。 2 通过增加张力传感器、 改进电控系统达到了 输送带的实时监测与连续调整的目的。 3连续运行的半年时间内未出现张紧装置故障 问题， 并且制动响应速度大大提升， 相较改进前， 新 型变频自动张紧装置的应用使其设备利用率提高近 10， 输送效率提高约8,取得了较好的效果。 参考文献 [1] 戴建立.带式输送机自动张紧装置的现状及研究[ J].煤矿机械， 200711 8-10. 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Application practice shows that the device can meet the tension requirements of belt conveyor, the utilization rate of equipment is increased by nearly 10, the efficiency of transportation is increased by about 8, and the improvement effect is remarkable. Key words belt conveyor; automatic tensioning device; design; application 上 接 第 页 ） [ 3 ] 林健.高强度高刚度强力锚固支护体系在深部髙应力软岩巷道 [ 5 ] 路洋波， 陈法兵， 李岩.浅埋煤层综放工作面支架合理支护强度 的应用研究[J]. 煤矿开采， 2006 6 59-62. 确定及其应用[J]. 煤矿安全,2019 10 202-206. [ 4 ] 孙希奎， 吕卫东， 赵庆民， 等.基于冲击控制的释能吸能支护系 （ 编辑贾销） 统研究[J]. 煤炭科学技术， 2018， 46 8 57-62. Application of High Strength Support Technology in Coal Mining Excavation Wang Liang Guandi Mine of Xishan Coal and Power Group, Taiyuan Shanxi 030052 Abstract In view of the serious deation and damage problem of roadway roof and two sides of soft rork face after conventional support, based on the analysis of geology, coal seam and roof and floor, the main deation characteristics and influencing factors of this face are studied. Based on the theory of high strength support, the foundation support scheme of anchor cable steel mesh steel strip is designed for the working face, and the arc arch support and grouting reinforcement support design are adopted for the key deation position, so as to realize the high strength support to the roadway face. Key words deation; anchor; grouting reinforcement; arc arch support; stability