大直徑錨索在大斷面煤巷的應(yīng)用

1、大直徑錨索在大斷面煤巷的應(yīng)用技術(shù)摘要：通過(guò)對(duì)孫家溝煤礦13#煤煤層特征和13309工作 面切巷大斷面支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了闡述，并對(duì)大斷面支護(hù)強(qiáng)度進(jìn) 行了理論分析，并根據(jù)根據(jù)13306、13307工作面切巷成功經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出孫家溝煤礦13309工作面大斷面切巷支護(hù)參數(shù)強(qiáng)完全滿足支護(hù)強(qiáng)度，大斷面煤巷支護(hù)參 數(shù)是可行的。關(guān)鍵詞：大斷面；煤巷；支護(hù)參數(shù)、支護(hù)強(qiáng)度；可行；一、地質(zhì)概況山西世德算家溝煤礦位于山西河?xùn)|煤田保德縣境內(nèi)，井 田呈一不規(guī)則多邊形，井田東西長(zhǎng)約3.42km，南北寬約3.25km，井田面積8.844km 2，開(kāi)采標(biāo)高從1100m至580m， 開(kāi)采1-13號(hào)煤層，生產(chǎn)規(guī)模為 12

2、0萬(wàn)t/a。13#煤層總體為由東向西傾伏的單斜構(gòu)造，其上發(fā)育次 一級(jí)褶曲構(gòu)造。煤層傾角4 -8。，平均6 。13#煤位于L2灰?guī)r下19m左右，上距11號(hào)煤層14m 左右，下距15號(hào)煤層23m左右。煤厚最大 15.45m，最小 7.35m，平均13.05m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾石14層，夾石厚度多數(shù)在0.300.50m之間，巖性為泥巖或炭質(zhì)泥巖， 頂板底板均為泥巖或砂質(zhì)泥巖。煤層可采性指數(shù)Km=1.00 ,煤厚變異系數(shù)Y =20.20%，屬全區(qū)穩(wěn)定可采的特厚煤層。13號(hào)煤層等厚線圖如圖1-1-1所示。工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不太發(fā)育，巷道掘進(jìn)中未揭露斷層及 其他地質(zhì)構(gòu)造13號(hào)煤層有爆炸危險(xiǎn)性；13號(hào)煤層屬

3、自燃，自燃等級(jí) 為1級(jí)13#煤層頂、底板情況：頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主， 其次細(xì)砂巖，厚 1.1015.60m。巖石力學(xué)測(cè)試：?jiǎn)蜗蚩箟?強(qiáng)度最小18.30MPa ,最大37.80MPa ,平均26.50MPa ,抗 拉強(qiáng)度最小 1.30MPa，最大1.85MPa，平均1.48MPa，抗 剪強(qiáng)度最小 2.34 MPa，最大4.20MPa，平均3.27MPa，普 氏硬度系數(shù)平均2.70，屬中硬巖石，穩(wěn)定性中等；底板巖性 為砂質(zhì)泥巖，其次砂巖，厚0.506.84m，巖石力學(xué)測(cè)試： 單向抗壓強(qiáng)度最小 15.50MPa，最大 49.60MPa ,平均 36.05MPa，抗拉強(qiáng)度最小 0.94MPa，最大

4、2.40MPa，平均 1.73MPa，抗剪強(qiáng)度最小 1.22 MPa，最大2.15MPa，平均 1.67MPa，普氏硬度系數(shù)平均 4.70，屬中硬巖石，穩(wěn)定性中 等。二、大斷面煤巷支護(hù)參數(shù)13309工作面位于井田的北部，工作面順槽走向長(zhǎng)度為1627米，采長(zhǎng)為 200米，煤厚在 15.18-13.99 米，平均為 14.59 米，容重為 1.42t/m 3。大斷面切巷位于工作面北部，四周均為實(shí)體煤，切巷采 用EBZ-160綜掘機(jī)施工由西向東，由下向上施工，沿煤層底 板掘進(jìn)，采用一次成巷工藝。13309切巷正常段毛寬 9.6米，毛高3.8米，凈寬9.4米， 凈高3.5米。頂板支護(hù)采用錨桿+錨索+W

5、鋼帶（兩塊4.5米 +5.0米）+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，每排布置7根頂錨桿，3根錨索，錨索的間距為2.88米，排距為1.0米，其他錨桿按鋼帶 眼布置；兩幫分別布置 3排幫錨桿，靠工作面?zhèn)炔捎貌Ａт?錨桿+木托板+尼龍網(wǎng)支護(hù)，間距為 0.9米，靠采空區(qū)側(cè)采用 螺紋鋼錨桿+鐵墊片+金屬網(wǎng)支護(hù)，幫錨桿的間距為0.9米，排距均為1.0米。切巷機(jī)窩段毛寬11.2米，毛高4.0米，凈寬11.0米，凈 高3.8米。頂板支護(hù)采用錨桿+錨索+W鋼帶（兩塊6.0米+5.0 米）+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，每排布置 8根頂錨桿，4根錨索，錨 索的間距為2.88米，排距為1.0米，其他錨桿按鋼帶眼布置； 兩幫分別布置3排幫錨桿，靠工

6、作面?zhèn)炔捎貌Ａт撳^桿+木托板+尼龍網(wǎng)支護(hù)，間距為 0.9米，靠采空區(qū)側(cè)采用螺紋鋼錨桿+鐵墊片+金屬網(wǎng)支護(hù)，幫錨桿的間距為0.9米，排距均為1.0米。附支護(hù)材料明細(xì)表1名稱型號(hào)材質(zhì)備注錨索21.6*12000mm1860 級(jí)錨索墊片240*220*80mm鑄鐵墊片W鋼帶4500*220*45眼，眼距1.05米W鋼帶5000*220*46眼，眼距0.96米W鋼帶6000*220*47眼眼距0.94米頂錨桿20*2400mm螺紋鋼幫錨桿20*2400mm螺紋鋼幫錨桿18*2000mm玻璃鋼鐵墊片200*200*8mm球形墊片100*100*10mm金屬網(wǎng)1100*6000mm經(jīng)緯網(wǎng)木托板350*25

7、0*50mm樹脂藥卷MSCKa23/60幫錨桿樹脂藥卷MSCKa23/80頂錨桿樹脂藥卷MSCKa23/120錨索（附支護(hù)斷面圖1）三、施工工藝及技術(shù)要求1、掘進(jìn)時(shí)，巷道沿煤層底板布置，一次成巷。施工時(shí) 先割一半，支護(hù)完后，再施工另外一半，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)度為1.0 米，最大控頂距為1.5米，最小0.5米，即“一掘一錨”施工 50米開(kāi)始在距煤頭30處（綜掘機(jī)跑道）巷道正中支設(shè)一 根信號(hào)?。?0*3800mm 木柱），排距為3.0米。2、錨固力：頂錨桿不小于7t;幫錨桿不小于5t;扭力矩： 頂錨桿150N m以上；幫錨桿120N m以上；錨索眼深：11.6 m。錨固段長(zhǎng)度為1.2m，張拉端長(zhǎng)度為200

8、mm。錨索預(yù)緊力：250KN以上，鋼絞線外露長(zhǎng)度為150-250mm。3、錨索施工順序：錨桿鉆機(jī)打眼-上藥卷-用鋼絞線攪 拌藥卷-上墊片及錨具-用千斤頂張拉預(yù)緊。4、 錨索錨固段必須伸入巖層1.5米以上，否則加長(zhǎng)錨索。四、支護(hù)參數(shù)的校核1、頂錨桿通過(guò)懸吊作用，幫錨桿通過(guò)加固幫體作用，達(dá)到支護(hù)效果的條件，應(yīng)滿足：L況1+L2+L3式中：L錨桿總長(zhǎng)度m;L1 錨桿外露長(zhǎng)度 m;(包括鋼帶、墊片、螺母厚度)；頂錨桿取0.1，幫錨桿取0.14L2 有效長(zhǎng)度(頂錨桿取圍巖松動(dòng)圈冒落高度b，幫錨桿取幫破碎深度 c)L3錨入巖(煤)層內(nèi)深度 m ;取0.8其中圍巖松動(dòng)圈冒落高度b=B/2+Htan (45

9、3/2) /f 頂c= Htan (45 w/2)式中：B、H 巷道掘進(jìn)毛寬、毛高m; B取4.8 H取3.8f頂一一頂板巖石普氏系數(shù)；13#煤層普氏系數(shù)取2.93兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，3= arcta n(f頂)3=71.1 b =4.8/2+3.8tan(45 71.1 /2) /2.9=1.04c= 3.8tan (45 71.1 72) =0.62頂錨桿 L=L 1+L2+L3=0.1+1.04+0.8=1.94所選頂錨桿2.4m羽.94m符合設(shè)計(jì)要求。幫錨桿 L=Li+L2+L3=0.14+0.62+0.8=1.56所選幫錨桿2.0m羽.56符合設(shè)計(jì)要求。2、校核錨桿間、排距；應(yīng)滿足

10、a G kL2r式中：a錨桿間、排距，m ； 1G錨桿設(shè)計(jì)錨固力，KN/根；取70K安全系數(shù)，一般取 2；L2有效長(zhǎng)度（頂錨桿取b）；1錨桿:r巖體容重（KN/m 3）；取15gr 九49 ；頂錨桿間排距設(shè)計(jì)均符合設(shè)計(jì)要求。切巷幫錨桿:幫錨桿間排距設(shè)計(jì)均符合設(shè)計(jì)要求3、按“組合梁”懸吊理論校核錨索的間距:根據(jù)地質(zhì)鉆孔柱狀分析，直接頂為泥巖無(wú)堅(jiān)硬巖層， 為防止巷道頂板煤、巖層發(fā)生大面積離層、整體垮落，用少 21.6 X13500mm 鋼絞線，將錨桿加固的“組合梁”整體懸吊于 堅(jiān)硬的煤、巖層中，校核錨索間距，冒落方式按最嚴(yán)重的冒 落高度大于錨桿長(zhǎng)度的整體冒落考慮，此時(shí)，在忽略巖體粘 結(jié)力和內(nèi)摩擦力

11、的條件下，取垂直方向力的平衡，可用下式 計(jì)算錨索間距。L=n F2/B H -（YF1 Sin 9）/L 1 式中：L錨索排距，m ；B 巷道最大冒落寬度，取11.2m ；H巷道冒落高度，按最嚴(yán)重冒落高度取3.0m ;Y巖體比重，14.2KN/m 3;Li 錨桿排距1.0m ;Fi錨桿錨固力 70KN ;F2錨索極限承載力，取 500KN ;e 角錨桿與巷道頂板的夾角75 ；n錨索根數(shù)，取 4。通過(guò)計(jì)算：L 中=nf2/BHr-(2F isin 9)/Li=4 X500/11.2 X3 X14.2-(2 X70 $in75 J/1=13.3m巷道實(shí)際所選錨索間距 L 5.86m。因此選擇的錨索

12、參數(shù) 符合設(shè)計(jì)要求。五、礦壓觀測(cè)：觀測(cè)對(duì)象：切巷的錨桿和錨索支護(hù)段及 礦壓顯現(xiàn)較為明顯和頂板破碎地段；觀測(cè)內(nèi)容：頂?shù)装寤顒?dòng)規(guī)律分析，巷道頂板離層量、底板及兩幫變形相對(duì)移近量監(jiān) 測(cè)、支護(hù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、錨桿、錨索錨固力檢測(cè)等；觀測(cè)方 法：1、 頂板離層監(jiān)測(cè)選用QLDC-3型頂板離層測(cè)距儀； QLMC-300夜光式記憶型錨桿錨索測(cè)力計(jì)。2、巷道每掘進(jìn)50m時(shí)，在頂板巖性探測(cè)位置布置觀測(cè)站。每一個(gè)觀測(cè)站設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，不得在探眼鉆孔內(nèi)安 裝頂板離層測(cè)距儀，必須在探眼鉆孔附近重新打鉆孔眼，安 裝一個(gè)頂板離層測(cè)距儀，頂錨桿、頂錨索分別安裝一塊錨桿 錨索測(cè)力計(jì)，在巷道頂板懸掛一塊礦壓觀測(cè)牌板，掛牌位置 作

13、為測(cè)量頂板和兩幫移近量數(shù)據(jù)的基點(diǎn)。同一礦壓觀測(cè)站內(nèi) 的頂板離層儀、錨索壓力表、錨桿壓力表應(yīng)盡量布置在5米范圍內(nèi)3、每個(gè)觀測(cè)站牌板必須有站別編號(hào)，并必須注明：離 層儀初始數(shù)據(jù)、壓力表、頂?shù)装搴蛢蓭鸵平孔x數(shù)、巖性探 測(cè)情況及觀測(cè)人、觀測(cè)時(shí)間。4、安設(shè)頂板離層監(jiān)測(cè)儀，必須將頂板離層測(cè)距儀固定牢 靠，讀數(shù)計(jì)采用螺絲固定。5、巷道掘進(jìn)頂板巖性變化較大或遇構(gòu)造頂板破碎時(shí)， 鉆孔間距應(yīng)縮小至 30m 一個(gè)。6、礦壓觀測(cè)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)離層儀和壓力表讀數(shù)數(shù)值變化較大（日變化在10時(shí)）、必須及時(shí)采取進(jìn)行錨索加密等專項(xiàng) 安全技術(shù)措施，如日變化在1-3之間，且半個(gè)月內(nèi)累計(jì)不超過(guò)20時(shí)，表現(xiàn)為頂部良好，并且觀測(cè)頂板有、無(wú)

14、響聲等。7、設(shè)專人每天進(jìn)行觀測(cè)，距煤頭 50米范圍內(nèi)每班觀測(cè) 一次，50米以外每天觀測(cè)一次。觀測(cè)結(jié)論：1、 在距煤頭20米范圍內(nèi)日移動(dòng) 2-5刻度，其中最大 8 月28日零點(diǎn)班，班移動(dòng) 5個(gè)刻度（壓風(fēng)風(fēng)量不足，造成 2 米空頂），在移動(dòng)25刻度后未移動(dòng)。2、 20-50米范圍內(nèi)移動(dòng)比較小，日移動(dòng) 1-3刻度，其中 最大在9月4日4點(diǎn)班，班移動(dòng)2個(gè)刻度（因頂板有淋頭水）， 月移動(dòng)在5-8刻度之間。3、 在50-80米之間移動(dòng)很小，月移動(dòng)在5刻度內(nèi)。4、80米以后基本不會(huì)移動(dòng)。六、大斷面煤巷取得成功1、從2014年8月14日開(kāi)始施工切巷，9月13日貫通 之間，切巷頂板為發(fā)生大的變形，兩幫幫錨桿、墊片均為發(fā)生變形。2、通過(guò)工作面6組礦壓觀測(cè)站數(shù)據(jù)分析，錨索的受力 均在50MPa左右，均能達(dá)到施工技術(shù)要求。3、通過(guò)13306、13309工作面兩次切巷大斷面的施工， 從兩次支護(hù)參數(shù)及礦壓分析，我礦大斷面切巷的支護(hù)參數(shù)及 支護(hù)材料強(qiáng)度要求完全可以滿足大斷面支護(hù)要求。結(jié)論：巷道支護(hù)方式關(guān)系重大，不同的地質(zhì)條件和掘進(jìn)方式都決定著支護(hù)方式的合理性，既能達(dá)到支護(hù)強(qiáng)度要求、保證安全生產(chǎn)，又能相對(duì)節(jié)省材料消耗是巷道支護(hù)設(shè) 計(jì)中的原則，不能僅憑經(jīng)驗(yàn)一概而論。選擇合理