特厚煤层沿底巷道锚杆锚索联合支护

第３期　２００８年９月　水力采煤与管道运输　ＨＹＤＲＡＵ１　１Ｃ　ＣＯＡＬ　ＭＩＮＩＮＧ＆ＰＩＰＥＬＩＮＥ　ＴＲＡＮＳＰＯＲ　ｒＡＴＩ（）Ｎ　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２００８　特厚煤层沿底巷道锚杆锚索联合支护　田福民　（开滦荆欢矿业公司河北唐山ｏ６３０００）　摘要：在全煤特厚煤层窄煤柱沿底掘巷中，应用锚杆锚索联合支护技术，有效地控制了巷道变　形　从理论及现场矿压观测实践两个方面，综合分析特厚煤层沿空窄煤柱巷道锚杆锚索联合　支护效果和围岩稳定性，得出一些有益结论，为今后类似条件的巷道支护设计提供了依据。　同时也对锚杆、锚索联合支护技术的发展及存在的问题进行了探讨。　关键词：锚杆支护　特厚煤层　沿空巷道　矿压观测　中图分类号：　ＦＤ３５３　。６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６一Ｏ８９８（２００８）０３—０００５—０３　１　前言　开滦（集团）唐山矿业分公司具有ｌ３Ｏ多年　开采历史，是年产原煤４００万ｔ的特大型矿井。　其中８　、９　：噪层多处为合区煤层，厚度平均　ｌ０ｍ，其储量占矿井储量的７５　以卜。ｌ：世纪九　十年代初引进综采放顶煤　Ｉ：艺，采用沿底掘进布　置工作面，不仅大大提高＿ｒ生产效率，而且巷道　掘进率大幅度降低，缓解了采掘衔接紧张的局　面。　在矿井高产高效建没中，综放工艺的装备水　平和生产效率明融提高，耐巷道支护则成了薄弱　环节，严重制约了生产的进一步发展。长期以　来，由于顺槽均沿底板布置，一直采用拱形支架　支护，不仅使掘进期间初期投入、材料运输量和　职工劳动强度大大增加，而且涠采期间需要替回　并外运拱形支架，造成　【作面上下出口上顶松　动，巷道变形维修量很大，甚至威胁安全生产。　片帮、冒顶．，从而消灭了因煤壁片帮、冒顶所造成　的瓦斯积聚及瓦斯超限现象。　４加强管理　４．１　健全安全监控系统　Ⅲ２扩采区采掘１］：作面、回风巷分别安装了　瓦斯传感器，安全监控系统与集团公司安全监控　系统联网，井下各作业场所实现了安全状况的及　时监控和多层次管理。　’　井下所有瓦斯传感器断电点均凋定为ｌ　９／５，　肖瓦斯浓度达到ｌ　，所有波及范围内的机电设　备均自动断电。另外，井下所有瓦斯传感器每周　定期用标准气样调校一次，使的监控系统的报　警、断电、闭锁、检测功能灵敏可靠。　４．２强化个体防护　入井人员必须全部携带自救器，所有班队长　以卜安拿管理人员、特殊　Ｉｕ＝种及独岗工作人员均　携带便携式甲烷检测仪，随时检查工作地点瓦斯　变化情况。　４．３严格落实掘进装备系列化　掘进头实现装备系列化，尤其是局部通风机　全部采用“ｊ专两闭锁”，双风机，双电源，并设专　人看管风机，风筒使用大直径和防炮崩、抗静电　阻燃风筒。　４．４　加强安全生产教育，提高职工安全生产素　质　给每位职工发放了“一通ｉ防”和瓦斯防治　的安全手册，让职工在班前会及周五安全会集体　学习，提高‘了，职　［的安全素质。　５　结语　将继续加强ｍ　２扩采区“…通三防”工作，杜　绝了瓦斯超限等事故发生，并且认真贯彻落实了　“先抽后采，监测监控，以风定产”十二字方针，安　全生产和经营管理取得了显著的经济效益和社　会效益。　作者简介：　郑亮（１　９８０一），舄，助理工程师，２ＯＯＳ年毕业于安徽理工大　学采矿工程专业，现在磐河煤矿Ｊ凡事采煤生产技术工作。　收稿日期：２００７—１２—１　７　

０　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年９月　水力采煤与管道运输　第３期　为此，利用锚杆支护理论，进行唐山矿特厚煤层　全煤巷道以及沿空掘巷支护技术研究，具有重要　的现实意义。　２试验工作面基本条件　Ｔ　ｌ　９３　为试验　【作面，南与本采区Ｔ。１　９２　工作面（采空区）相邻，北接Ｔｚ　１９３　Ｆ工作面（米　掘），东是工业广场保护煤柱，西至本煤层来采区　见图１。　ｊ－距５煤层（已回采完毕）４０ｍ。工作面　走向长度９６０ｍ，倾斜长度ｉ２６ｍ。　

图ｌ　Ｔ。ｉ９３ｔ工作面示意图　煤层厚度ｌ０ｍ，煤层倾角平均ｌ　１度。老顶　为浅灰色细砂岩，厚ｌ８米，主要成份为石英，单　向抗压强度１４４ＭＰａ。直接顶为浅灰色泥岩一砂　质泥岩，厚３．８米，泥质成份，水平层理，单向抗　压强度一１　２７ＭＰａ。伪顶为深灰色泥岩，厚度０．５　米，泥质成份，炭质成份较高　底板为深灰色泥　岩，厚４．７米，主要成份泥质，单向抗压强度　８０．４ＭＰａ。该采区为单斜构造，从相邻工作面掘　进及回采情况来看，地质构造比较简单。该煤层　属弱含水层段，涌水量很小，七方５煤层工作面　已采，采后无水。工作面采深～５９８至一６７３ｎ１　（地面高程＋ｌ　７．６ｍ）。　３　矿压特性及全煤巷道锚杆支护机理　３．１矿压特性分析　’　全煤巷道顶板变形失稳过程分两个阶段。　成巷初期，由于煤体泊松比明显大于岩石而发生　侧向变形，形成附加水平载荷作用在顶煤上。顶　煤在水平载荷作用下发生剪切扩容，从而出现松　动　随后，水平载荷向一ｈ部转移，形成新的剪切　破坏区；另一方面，由于煤的强度低，顶煤出现松　动后，各块体问很难象岩层那样形成稳定的嵌合　关系来维持自稳，于是便进入了变形失稳的后期　阶段，顶煤块体松动进一步加剧，最终在自重和　部煤体剪切扩容产生的膨胀压力作用下发生　解体性冒落。　由于上区段工作面推进过程中顶板运动的　６　影响及一　覆岩层支承压力的变化，造成工怍面两　侧煤体及煤层顶板支承压力的变化　．ｈ区段采　场老顶触矸稳定后，煤体变形基本稳定，此时掘　进，则巷道不易变形破坏，且易于维护。因此，ＪＩ　区段采场老顶岩梁触矸稳定后即为沿空顺槽掘　巷的最佳时间。　根据巷道围岩应力分布情况，可以将巷道围　岩分为塑性流动区、塑性软化区、塑性硬化区和　弹性区。在沿空顺槽应力分布“驼峰模型”存在　的条件下，可能的送巷位置有多种，即内应力场　中沿空送巷、外应力场中的煤柱护巷和原岩应力　区的大煤柱护巷等。首先，由煤体＿卜方支承压力　分布规律可以看出，在吏承压力高峰区掘进，巷　道不易维护；在原岩应力区的大煤牲内掘进，虽　然巷道比较容易维护，但煤柱损失大。采用小煤　柱送巷，最佳煤柱尺寸应是煤柱煤体不发生裂隙　向采空区漏风、煤柱不破坏的最小尺寸。　３．２　全煤巷道锚杆支护机理　按照约束——失稳对应论的基本观点，可对　全煤巷道锚杆支护机理提出具体的解释。顶板　为煤层的全煤巷道，锚杆与其锚圆范围内的煤体　构成一种组合型锚固支护体，在锚杆的约束与抗　剪作用下，使甥性破坏后易于松动的煤体或煤顶　形成具有一定承载能力、并可适应围岩变形的平　衡拱，从而提高了煤体的整体性，防止顶煤松散　冒落，对巷道顶板可起到有效的支承作用。另　

外，要控制顶煤的松动，首先要控制两帮煤体的　维普资讯 http://www.cqvip.com ２Ｏ０８年９月　田福民：特厚煤层沿底巷道锚杆锚索联合支护　第３期　松动，即所谓“要控顶先护帮”。煤巷两帮变形破　坏的原因在于两种类型的剪切滑移，只有使帮锚　扦杆体的轴向约束以及自身的抗剪阻力与滑移　载荷达到平衡，才能把煤体稳定下来。常规顶锚　仟的加固作用使巷道跨度范隔内的顶煤保持为　一个“似整体性结构”而不发生整体垮落，这样，　锚杆支护的目的便达到了。　锚索的主要作用是把潜在的冒落顶煤悬吊　在较稳定的直接顶岩层Ｉ二并达到ｌ～１．５ｍ的锚　固深度，故选用ｌ　０　ｒｎ长的锚索，锚索问距为　１．２　ｍ。锚索采用　ｌ　５．２４ｍｍ、ｌ×７股高强度低　松驰预应力钢绞线，抗拉强度大于４００ＭＰａ。采　用６支树脂药卷锚固，锚圃长度３７６０ｍｍ，托梁采　用２５Ｕ支承钢，长度不小于９Ｏ０ｍｍ。　４　沿空窄煤柱巷道锚杆、锚索联合支护　５　矿压观测结果　综合运用工程类比法、理论计算法和动态系　统设汁法，在总结回采巷道围岩稳定性分类方法　的基础　，进行沿空窄煤柱（３ｍ）巷道锚杆、锚索　支护初步方案设计。经分析计算，得到挤压破煤　值为１．７７３　ｍ，潜在胃落拱高度６．１　７ｍ。　顶煤　潜在冒落拱范围过大，按常规锚杆支护理沦，不　论是悬吊作用还是加固作用都难以奏效，必须在　常规锚杆支护的基础上采取补强加固措施。采　用讨脂锚杆、金属网加ｗ钢带为基本支护，以树　脂药卷锚固小孑Ｌ径预应力锚索为补强加固措施。　其中，锚杆以加固作用为主，使其长度范围以内　的顶煤形成“似整体结构”；锚索以悬吊作用为　主，把潜在冒落范围内的顶煤悬吊在　部较稳定　的直接顶岩层上，以防止垮落。Ｔ。ｌ　９３　巷道锚　仟锚索联合布置断面示意见图２。　

图２锚杆锚索联合布置断面示意图　顶锚杆长度２．４ｍ，选用公称直径为　２２．５　的螺纹钢锚杆（材质２０ＭｎＳｉ）；固帮锚杆直径　１　８ｍｍ，间距０．７ｍ，每排７根，排距０．７　ｒｎ，选用４　个Ｚ２３３３树脂卷，实际长度为１　２００　ｍｌｎ；帮锚扦　长度１．８ｍ，间距０。７ｍ，每排４根，排距０．７ｍ，选　用２个Ｚ２３３３树脂卷。　在锚杆锚索联合支护工程施工完成后，分别　对沿空巷道掘进和回采期间巷道表面收敛情况、　围岩深部位移、顶板离层情况、锚杆锚索受力状　态等进行了系统观测和总结。结果表明，特厚煤　层综放工作面沿空巷道在锚杆锚索联合支护条　件Ｆ，虽然巷道矿压显现明显，尤其是在回采期　间，巷道变形量仍然较大，特别是两帮变形严重，　但与以往棚式支护相比，巷道收敛变形明显减　小，断面收缩率大大降低，能较好地满足工作面　运输、行人和通风等安全生产的需要，支护效果　较好。锚索在沿空巷道中的支护和补强作用显　著　６　结论　锚杆、锚索联合支护较传统的支护方式适应　性强，有利于控制沿空巷道围岩大变形和提高围　岩稳定性，支护效果较好，经济效益显著，是今后　特厚煤层沿空巷道较为合理的一种支护方式。　通过系统的理论分析、现场观测，综合分析特厚　煤层沿空窄煤柱巷道锚杆锚索联合支护效果和　围岩稳定性，取得一些关于特厚沿空窄煤柱巷道　锚杆、锚索联合支护的工程实践经验，可为今后　类似条件的巷道支护设计提供依据。　作者简介：　田福民（１９６８一），男，河北唐山人，１９９１年７月毕业河北煤　炭建筑工程学院采矿专业，工程师，开滦荆欢矿业公司政策研究　室主任。　收稿日期：２００８…０５　２５　

７　维普资讯 http://www.cqvip.com