基于锚杆强度深度优化的大断面巷道支护技术.pdf

I r t d 当代化工研究 衫崎 Modem Chemical Research 技术应用与研究 202 0 12 基于描杆强度彡張度优化的大断面巷道支护技术 * 张帅义* 张帅义 汾 西 矿 业 集 团 双 柳 煤 矿 山 西 033300 搞 要煤矿开采事业的不断发展促使矿井开采深度日益增大，虽然煤矿开采效率与质量得到保障，但是也增大煤矿开采作业的安全隐 患。需要借助对巷道支护技术科学优化，保障煤矿开采安全，控制巷道围岩稳定性。基于此，本文针对基于锚杆强度深度优化的大断面巷 道支护技术进行探析。 关 键 词巷道；锚杆；大断面；支护技术；深度优化 中 图 分 类 吾T 文 献 标 识 码A Support Technology of Large Section Roadway Based on Optimization of Bolt Strength and Depth Zhang Shuaiyi Shuangliu Coal Mine, Fenxi Mining Group, Shanxi, 033300 Abstract With the continuous development of coal mining industry, the mining depth o f coal mine is increasing day by day. Although the efficiency and quality of coal mining are guaranteed, the hidden danger ofcoal mining operation is also increased. It is necessary to control the stability of the surrounding rock of the roadway with the help of scientific optimization of the roadway support technology to ensure the safety of coal mining. Based on this, this paper analyzes the support technology of large section roadway based on the optimization of bolt strength and depth. Key words*, roadway-, bolt； large section； support technology； 纵观现阶段煤矿开采事业发展，为保障开采量与效率， 其设备体积不断増大，需要通过对巷道端面不断扩增来保证 巷道内部物资、人力运输不受影响。虽然此种开采模式可以 大幅度提升煤矿开采效率，但是随着断面的不断扩大，使得 支护作业开展难度更大。在实际综采放顶煤开采过程中，因 其厚度较大，所以需通过对过风断面的有效增大来保证开采 效果，并实现对瓦斯的消除，保证矿井内部保持良好通风， 因此越来越多煤矿企业开始重视对大采高综放开采模式的应 用。而随着回采巷道煤帮高度呈现出不断上升的趋势，使得 大断面巷道情况频繁出现，若巷道支护不合理，无法保证巷 道围岩稳定性，进而增大巷道安全隐患。也正因此，如何进 行大断面煤巷、超高煤帮的有效支护成为各大煤矿企业的重 点研宄课题，以往锚杆支护技术的应用，无法满足实际支撑 需求，所存在的锚杆直径、强度小等问题无法为大断面煤巷 等进行有效支护。所以，需要通过对大断面高强支护技术的 合理应用，提升锚杆强度来保证巷道支护效果，为矿井深度 开采提供安全保证。 1.锚杆支护阐述1.锚杆支护阐述 ⑴ 描 杆 支 护 理 论 分 析 现阶段支护领域中锚杆起到至关重要的作用，随着诸多 专业人士对锚杆应用研宄力度的加大，各种锚杆支护理论被 相继提出，如组合梁、悬吊等理论，在支护领域起到至关重 要的作用[1]。而随着巷道销杆支护技术研宄的不断深入，发 现预紧力在销杆支护中起到的效果显著，锚杆的合理应用可 实现对围岩离层、节理裂隙、滑动等现象的约束，并达到提 高围岩强度的目的。预紧力理论的提出，实现对销杆支护技 术的应用进行优化与创新，尤其是针对大断面支护而言，可 实现对此种巷道情况支护效果的强化与提升。 depth optimization ⑵ 髙 强 描 杆 支 护 材 料 针对销杆强度的研宄，当前常用的杆体强度提升方法包 括①进行高强度专用钢材的研发；②通过对螺纹钢的处理 来提升杆体强度。针对高强度锚杆的研发，需要注重对上述 方法的综合应用[2]。实际锚杆研发中，其杆体的设计，可以 将V、Ti、Nb等元素合理添加，通过对钢材力学性能的转变 来达到提升强度的目的。与此同时，大力创新与引进炼钢、 轧制技术，以此为锚杆强度的提升打下基础。以SMG600型号 为例，此销杆为新型研制成果，在屈服强度、抗拉强度、延 伸率等方面表现优异（ 如表1 。 表1 SMG600锚杆性能参数 试验序号 抗拉强度 MPa 延伸率⑴ 试验温度 X 屈服强度 MPa 20177813. 923.5621 20377925. 223.5632 22280421. 923.5647 2.大断面巷道高强度锚杆支护技术应用分析2.大断面巷道高强度锚杆支护技术应用分析 以某煤矿5号煤层8112工作面为例，应用最新研制的 SMG600型锚杆，并对其巷道支护情况进行阐述。 ⑴ 高 强 度 描 杆 支 护 ①生产、地质条件分析 5号煤层工作面厚度区间为10. 11m〜13. 04m, 平均厚度 为9. 75m。工作面煤层倾角度数保持在2 〜6 之间，结构 相对复杂。其中层夹石厚度范围保持在〇 .lm〜0.7m, 特点表 现为不连续、不稳定特点。该煤层顶板具体构成包括泥岩、 砂砾岩，而底板具体组成包括细砂岩、泥岩等。在具体开采 作业期间，5112回风巷以底板为主开展掘进作业，但是受到 火成岩的影响，使得煤层存在顶板断裂现象，并且巷道围岩 200 70 50 30 100 Hi回采T.怍面距离/mm 距掘进T_作曲距离/mm 图3 巷道位移监测 而在此工作面回采后，因其松动现象的产生，所以围岩 应力分布会受此影响而发生一定转变，围岩与煤岩体之间产 生聚集应力现象，进而导致巷道围岩形状发生一定转变。监 控回采工作面之前区域，图中所示巷道表面位移情况，发现 从79m位置为起始，工作面超前支撑压力会对巷道外形产生 一定影响，而在79m之前，巷道位移情况不明显。顶底板与 两帮形状在65m〜79m位置时，在同一时间条件下，二者均会 发生变动。在距离监测站5m时，两帮与顶底板移近量分别为 250mm、200mm。对上述情况进行总体性分析与总结，得出巷 道围岩在开展回采作业期间，所受到的破坏并不严重，巷道 运输与通风并不会因巷道外形变化而受到影响，且巷道外形 变化不明显[7]。 3.结束语 综上所述，通过对压应力区的构建，实现利用预应力 的施加达到锚杆支护效果提升的目的。借助高强度锚杆以及 其他构件所形成的承载结构，可显著提升巷道围岩结构稳定 性，实现对巷道围岩裂隙、离层等现象有效约束的同时，保 证巷道围岩的完整性。 【 参考文献】 [1] 王涛.基于锚杆强度深度优化的大断面巷道支护技术[J]. 机械管理开发， 2018 6 25-27. [2] 王永政.特大断面巷道锚杆支护技术的优化应用[J].煤, 2011, 20 12 23-24. [3] 胡方.耿村煤矿大断面巷道猫杆索） 结合U型棚支护技术优 化研究[J].技术与市场， 2016, 23 01 64-65. [4] 王志强， 星宁江， 张旭军， 等.大断面巷道支护技术研究 [J] ■ 煤,2014, 23 06 24-26. [5] 郝长胜， 尹旭， 尚东， 等.大断面巷道预应力锚杆支护参数优 化研究[J] 中国煤炭,2017 12 80-84. [6] 马宝.锚杆锚索联合支护技术在大断面回采巷道支护中的 应用[J].山西冶金， 2019, 42 02 109-111. [7] 陈涛.高强度锚杆支护技术及在大断面煤巷中的应用[J]. 中小企业管理与科技（ 旬刊） ， 2017, 507 06 178-179. 【 作者简介】 张 帅 义 （ 1987-，男，汾西矿业集团双柳煤矿；研究方向 煤矿掘进支护。 锚杆设置，每排锚杆距离控制为100mm，锚杆之间距离控制 为1000mm。选用Z2360两支、K2335药卷进行锚杆固定。所有 锚索设置都处于垂直于顶板岩层角度，间距控制为1800mm。 ⑵ 支 护 效 果 分 析 开展5112工作面掘进作业与支护作业过程中，利用相关 探测系统进行围岩具体变化情况的监测（ 如图3 。监测内 容中包括巷道表面位移监测，通过对两帮、底板、顶板移近 量的分析，得出掘进作业过程中，监测位置区域内虽然发生 一定的巷道外形变化，但是总体支护效果较为理想。 稳定性差，开采作业开展存在较大安全隐患[3]。 ②巷道支护设计 结果模拟巷道支护设计依托于FLAC3D软件进行方案模 拟，针对支护方案设计，包括A.假设锚杆直径与长度始终 处于不变情况下，研究巷道围岩应力场受到锚杆预紧力差异 的影响而发生的分布状况变化（ 如图1 。B.在锚索和预应 力保持不断状态前提下，对巷道围岩应力场受到锚杆长度变 化所产生的分布影响（ 如图2 。C.在锚杆、预应力始终保 持固定不变的前提下，锚杆直径对围岩应力场分布所产生的 影响。D.以锚杆直径、预应力、长度固定为前提，分析研宄 顶板角锚杆对应力场分布情况所产生的影响[4]。 300 N-m 240 N-m 图1 预紧力不同 应 力 /MPa 0.55 I 0.45 0.35 0.25 0.45 0.05 -0.05 I I 2.0 r 应 力 /MPa 45 35 25 45 05 j -0.05 I I 图2 长度不同 预应力在锚杆支护中起到至关重要的作用，巷道围岩中 预应力若为20KN，此时锚杆支护应力最大值则为0. 25MPa。 若预应力处于不断增大趋势时，其附加应力场同样会处于不 断增大的态势，而压应力区范围同样会随着预应力变大而逐 渐扩大。若锚杆预应力为60KN时，此时附加应力最大值会体 现为0.55MPa，有效压应力此时会存在于所有顶板中，通过 对统一体的构建来实现对支护效果的体现[5]。 压应力范围会随着锚杆长度的增大而扩大，应用范围更 广。此时锚杆中间围岩与锚杆中上部承受的压应力与应压力 均下降。若锚杆长度增加，并且预应力固定时，其主动支护 效果会随着与预应力的降低而下降，所以需要在锚杆长度不 断增加的前提下，进行预应力的增加，以此保障其主动支护 效果。锚杆预应力在围岩中呈现出不断扩散趋势，此时锚杆 直接会因此受到影响，若锚杆直径变大时，其预应力扩散效 果会不断增加。因此，需充分考虑地质力学因素进行锚杆直 径的确定，若现场围岩完整性较差，并且地应力相对较差， 则需结合情况增大锚杆尺寸。另外，围岩附加应力分布会受 到顶板角锚杆的直接影响，通过垂直布置可以达到有效压应 力叠加并相连的效果。所以在巷道处于水平的前提下，需进 行垂直方向的顶板角锚杆的设置[6]。 支护方案确定通过利用软件进行支护方案模拟，结合 对以往经验的汲取，进行5112工作面支护方案的确定。在具 体支护期间所应用的锚杆、锚索均具有髙强度特点。借助树 脂进行锚杆加长锚固，锚杆长度设置为2. 5m，血螺纹钢筋直 径确定为20mm，计算出锚杆预紧力超过500N m。护顶综合 应用菱形金属网与W型钢带，设置钢带厚度为5m。针对顶板 2020 12 技术应用与研究技术应用与研究 当 代 化 工 研 究 Modern Chemical Research105 J