回采巷道交岔口加固支护技术研究与实践

6 结
语传统的支架支护属 于
使巷 道顶板的安全可靠性得到了提高。 4) 在煤矿井下巷道中采用锚注、 锚索支护补 强加固的 支护方式是可行 有效 的 , 但应 根据 地质条 件的 不同适 当调 整锚 杆、锚索 的支护参数 , 以达到更好的支护经济效果。 ( 责任编辑 马光辉 )
1 概
况
陶阳矿现主要开采的三 1 煤层厚 3 8m 左右。伪顶 为碳 质页 岩 , 厚 0 5m, 性 脆 易 冒 落 ; 直 接 顶 为 粉 砂 岩 , 厚 4 0m 左右 ; 老顶为中砂岩 , 厚 11 0~ 14 0m 。直接底 板为 厚 3m 的粉砂 岩 ; 老底 为厚 12m 的中砂岩。 三 1 煤层采 用分 层开 采。上 分层 巷 道断 面为 矩 形 , 锚 网索 支 护 ; 荒 宽 2 6m, 荒 高 2 2m, 净 宽 2 4m, 净 高 2 0m 。因下分层巷道顶板为再生顶 板 , 故采用 架工字 钢梯 形棚 支 护 , 棚 梁开 口 2 4m, 净 高 1 8m, 一 般 破 底 0 2m 左右 , 陶阳煤 矿 中三 井田 三 1 煤层 埋藏 较 深 , 平 均 500m 左 2) 围岩深部位移变化很小 , 说明 岩体内破 碎区域发展 很小 , 现有的支护形式抑制了围岩松动圈的发展。 3) 锚杆、锚索的锚固力均达 到设计要求。 从巷道外观 看 , 交岔点 的外观 完整 , 无 破损、无 裂缝 、无正 在扩 展的 裂纹 , 断面形状、规格符合要求。
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施工技术
煤
炭
工
程
2005 年第 8 期
技术 要求 : 安 装联锁 器前 , 要 首先 进行整 棚 , 整 棚时 的临时 支护 采用 支 托棚 或打 间 柱的 方 法 , 用 撬 棍、铁 锤、 手镐进行处理 , 直到棚 腿扎角达到 175mm/ m, 棚 梁与棚腿 接口严密且支 撑在同一平面上为止 ; 然后背 实顶板和 两帮。 安装联锁器 时 , 卡口 要对 棚梁棚 腿的 边棱卡 严卡 实 , 不留 空隙 , 相对两 个卡子 之间 的对钣 要对 齐相接 ; 要切实 拧紧 螺丝 , 保证两 个卡子紧紧地把棚梁棚腿夹合成一个整体。 三1 层煤下分层巷道现有的 172 个交岔口门棚 都使用了 联锁器 ; 新掘进下 分层的 架棚 巷道 交岔口 支设 门棚时 也都 是同 时使用联锁器进行加固支护。
考虑上覆岩 层的 厚度情 况 , 为保 证锚 索在上 部硬 岩中 有一 定的 长 度 , 即 保 证 锚 固 力 , 选 取 锚 索 的 有 效长 度 为 5 2m, 外露长度 0 3m, 锚 索总 长度为 5 5m, 沿交岔 口断 面按间距 1 4m 布置 , 并采 用 长 0 5m 矿 用 工字 钢 作 为垫 板。锚索 垂 直 顶 板 打 入 , 使 锚 索 穿 过 厚 0 5m 伪 顶 和 厚 4 0m 直接顶后 , 深入老顶硬岩的长度约 0 7m 。 2 2 2 2 锚索排距 锚索最主要 的任 务是保 证内 拱的稳 定性。根 据上 分层 回采 巷 道 交 岔 口 长 度、 宽 度 实 际 情 况 , 锚 索 排 距 选 取 1 75m 左右 , 平均每排 布置 3 根 , 则 RT = 1 ( 25 48 3 1 92 3 7 1 75 ) = 105kN/ 根
大量的 维修 和维 护工作。而 锚注、锚 索支 护是 护 , 是在围岩内部 对围 岩进 行加固 , 形 成一 个
梁 , 通过锚索 ( 锚索 施加 一定 的预 应力 , 能 够将 围岩 自身 压力及支护应力传递到顶板深部稳定岩层 内 ) , 有效地控制 收稿日期 : 2004- 11- 24
作者简介 : 马宝童 ( 1963- ) , 男 , 原肥城矿 务局职工大学采矿工程专业毕业 , 主要从事工程技术及管理工作。
在开采 多年的老矿 井中 , 井 下巷道 纵横交 错 , 交 岔口 较多 , 巷道交岔口是地应 力作用 的集中 的区域 , 对巷 道交 岔口加固支护是十分重 要的技 术问题。陶 阳煤矿 近一 年多 来 , 回采巷道交岔口 使用 锚 网索 和 门棚 联锁器 加 固支护技术 , 取得了良好的效果 , 达到了加固支护的目的。 右。经 20 多年的开采 , 致使上覆岩层不断移动 垮落、反复 作用 , 造成了整个井田的 上覆岩 体非弹 性变形 范围不 断扩 大。塑性变形破碎的岩体 将自身 的重量 作用在 巷道空 间的 周边区域 , 采场动压对回采巷道围岩有较大的影响和破坏。 矿山压力的主要表 现 : 顶板 下沉 破碎漏 渣 , 两帮 鼓出 片帮 , 底板鼓起。锚网 巷道出 现垂 网、锚杆 脱落 失效 ; 架 棚巷道则出现棚腿蹬 出 , 棚梁 滚顶偏 肩 , 梁与 腿脱离 而掉 落。有时 , 甚至出现顶板 垮落的 事故。因 巷道 交岔口 是地 应力作用集中的区 域 , 容易发 生顶 板垮 落 , 据统 计 , 巷道 顶板垮落事故 70% 是发生在巷 道交岔口 处 , 特别在 回采巷 道尤为突出。目前 , 陶 阳矿 开采深 度已 达 600~ 700m, 而 且还在不断加深。为了 扭转这 种被动 的局面 , 必须开 展对 巷道交岔口加强支护技术的研究。
以及顶板厚度和现场条件 , 确定锚网参数如下。 2 2 1 2 2 1 1 普通锚杆加固参数 锚杆长度
为了确定锚杆 长度 , 需计 算交 岔口 两帮 的破 坏深 度 c 和顶板最大松动高度 b 。经计算 , c = 1 81m, b = 1 92m 。 帮锚杆 : 两帮 破坏 范围 为 1 81m, 因此 , 两 帮锚 杆有 效范围长度 L 帮= 1 81m, 考虑到 外露部分 长度 0 15m, 留 有一定的安全余地 , 则实取帮锚杆长度为 L 帮实 = 2 0m 。 顶锚杆 : 沿着支护合力 作用点 为端点 , 形 成的 拱高 b 1 作为顶板锚 杆支护长 度的 下限 ; 以 顶板在 支护 条件 下全松 动高度作为支护长度的上限 , 故顶板锚杆有效锚固长度 2 a+ c 3 a+ c L 顶 = b1 ~ b = ~ = fm fm 2 1 85 + 1 81 3 ~ 1 92 = 1 60 ~ 1 92m 1 91 取平均值 , 并考虑外露端长度 0 2m, 则顶 板锚杆的实 际长度取 L 顶实= 2 0m 。 2 2 1 2 锚杆间距
锚杆直径 , 按 18mm 螺纹钢计算 ; 锚杆抗剪强度 , 查表知 = 500M Pa; 顶板抗剪安全系数 , 一般取 k 2= 3~ 5; 锚杆锚固力 , 取 p 0= 80kN; 回采巷道平均跨距 , 2 a = 3 7m; 分层间摩擦系数 , 取 f = 0 3。
将参数及 r = 25 48kN / m 3 , L 顶= 2 0m, b = 1 92m 代
上位顶板加 固 成为 一个 具 有较 强承 载 能力 的上 位 压力 拱 , 不仅能 保持自 身的稳 定性 , 而且 外拱 相 互 重叠 , 保持 外拱 赖以保持稳 定的基础。通过 适当的 排距 ,
锚索将 使沿 巷 道的 走向 范围内岩体整体稳定性。
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锚固参数的选择
根据上述锚网机理 , 考虑到巷道交岔 口断面尺寸 较大 ,
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上分层锚网巷道交岔口的加固支护设计 锚固机理分析
锚 杆 ( 网 ) 的 作 用 主要 有 : 悬 吊 作 用、 组 合梁 作 用 、 楔
了围 岩变形 , 提高了巷道强度和整体性。 2) 锚注、锚索支护补强加固的 支护形式 , 能 够及时地 阻止顶板岩 石下 沉离层 , 减少了 巷道 断面收 缩量 , 相 应地 提高了巷道顶板 的安 全可靠 程度 , 有利于 顶板 安全管 理和 巷道 维护。 3) 锚注、锚索支 护 技 术 的应 用 , 降低 了 巷 道 支护 成 本 , 有效地 抑 制了 围岩 的 变形 , 确保 了 巷道 的 长期 稳 定 ,
RT 顶板锚杆 : 平衡拱内岩重所需锚杆间距 S 1 = kr b 式中 R T 锚杆的实际锚固力 , 取 R T = 80kN/ 根 ; k r 安全系数 , 取 k = 3; 岩层的质量 密度与 当地 自由落 体加 速度 之积 , r = 25 48kN / m 3 ; 所以 80 = 0 74m 。 3 25 48 1 92 杆体抗剪强度所需锚杆间距 S 2, 可按下式计算 S 1= S2 = 式中 d k2 p0 2a f 入上式得 S2= 8 ( 250 3 14 3 5 0 018 500 + 80 0 3) 25 48 1 92 3 7
每 条 锚索 的 锚固 力 需 不低 于 105kN , 实 际 取 150kN / 根。 综 上 所 述, 选 取 破 断 力 260 7kN, 低 松 弛的 15 24mm 的钢绞线锚索 , 长度 5 5m, 每根 锚索采 取 3 卷 直径 25mm 、长 350mm 的 树脂 药卷 来锚 固锚 头 , 锚 索间 距为 1 4m, 排距 1 7~ 1 8m, 平均 1 75m 左右 , 每排平均 打 3 根锚 索。由于 柱墩处 应力 最集中、 受力最 大 , 所 以在 临近 柱墩 0 2m 处专门打一根锚索。
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下分层巷道交岔口加固支护技术 门棚联锁器加固支护技术
下分层架 棚巷道交岔口 的支 护系 统可 归结 为 门 棚+
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8( 250 d + p 0 f ) L 顶 3 k 2 r b ( 2 a)
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叉梁 棚 + 背顶背帮 , 门棚是该支护 系统的关键 部位 , 是架 撑控制巷道围岩 和抵 抗矿压 作用 的主 要支架。 交岔口 支架 受力 变形 , 都 是首先 破坏 了门棚 的稳 定性 , 门 棚上架 撑的 叉梁棚也随 之变 形失稳。 因此 , 门 棚的加 固是 交岔口 支护 技术问题的核 心 ; 只有 加 强门 棚 的棚 梁 和 棚腿 的 亲和 力度 、加强门 棚支撑 的稳 定性 , 才 能保证 门棚 及叉梁 棚共 同对巷道交 岔口 进行可 靠的 支护。经 过认真 研究 , 确 定下 分层 巷道交岔口门棚使用联锁器进行加固。 门棚联锁器也称 2 = 0 94m 卡子 , 在工字 钢梯形棚两 侧梁与腿 接口部位 使用。每 架门棚 用一 套 , 每套 二对 ; 每 对二 个在 梁与 腿接合部位相对使用 , 见图 1。