錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在杜兒坪礦的應(yīng)用

白根偉

(西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦，山西太原030022)

錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在杜兒坪礦的應(yīng)用

白根偉

(西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦，山西太原030022)

礦井生產(chǎn)中，合理的巷道支護(hù)在保證支護(hù)質(zhì)量的同時(shí)降低了支護(hù)成本?，F(xiàn)階段，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是回采巷道支護(hù)的主要形式之一。本文以杜兒坪礦62711工作面回風(fēng)巷道為例，通過確定支護(hù)參數(shù)，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的方式，并應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出巷道掘進(jìn)速度完全滿足采掘比要求，支護(hù)質(zhì)量較好且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，可為其他礦井在類似地質(zhì)條件下提供借鑒。

回采巷道;錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù);支護(hù)參數(shù);數(shù)值模擬

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，巷道支護(hù)成本一直以來都是影響礦井效益的一個(gè)重要因素，隨著開采深度的不斷增加，巷道支護(hù)成本也在不斷增加，主要原因是深部圍巖應(yīng)力的急劇增加，其為巷道掘進(jìn)和支護(hù)工作面增加了難度。目前，深部巷道掘進(jìn)成本大約在1萬元/m，如果支護(hù)不合理，巷道還面臨返修的問題，支護(hù)成本將會(huì)增加。目前，煤炭產(chǎn)業(yè)正處于低迷時(shí)期，如何保證巷道的支護(hù)質(zhì)量，降低巷道的支護(hù)成本就顯得尤為重要。

1 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)

錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)包括錨桿、錨索、錨網(wǎng)及噴漿等支護(hù)技術(shù)，其中錨桿和錨索起到主要作用。錨桿、錨索的支護(hù)機(jī)理和特點(diǎn)如下:

1)錨桿支護(hù)的優(yōu)勢(shì)為能夠快速、主動(dòng)地對(duì)松軟巖層進(jìn)行支護(hù)(示意圖見圖1)，利用懸吊理論增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性。錨桿的錨固端固定于穩(wěn)定巖層中，充分利用巖層自身的承載力。錨桿支護(hù)雖然沒有提高圍巖極限強(qiáng)度，但提高了圍巖破壞之后的殘余強(qiáng)度，而且使集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移［1］．

2)錨索為柔軟索體，長(zhǎng)度較大(一般為5～8 m)，且承載力較大，可達(dá)150 kN以上。其主要起著懸吊和組合加固作用，該作用使巷道上部巖層的應(yīng)力向煤幫及圍巖深部轉(zhuǎn)移，降低了巷道周邊的應(yīng)力分布。預(yù)緊力是錨索支護(hù)的一個(gè)重要參數(shù)，施加得當(dāng)則組合作用明顯，施加不夠則只能發(fā)揮錨索的懸吊作用［2］．

圖1 錨桿支護(hù)示意圖

隨著巷道掘進(jìn)和支護(hù)工作機(jī)械化水平的提高，目前錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)基本達(dá)到了全程機(jī)械化作業(yè)，施工速度快，質(zhì)量較高，已被廣泛應(yīng)用于煤礦的巷道支護(hù)工作。

2 工程概況

杜兒坪礦隸屬于西山煤電集團(tuán)，位于呂梁山脈中麓、太原市以西20 km處的西山煤田東北部，北接西銘礦，南通官地礦、白家莊礦業(yè)公司，西鄰東曲礦。1956年1月1日建礦，經(jīng)過5次改擴(kuò)建，礦井年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500萬t．采、掘全部機(jī)械化，通風(fēng)、機(jī)電、運(yùn)輸、采掘裝備、提升、選矸等主要環(huán)節(jié)能力均達(dá)到國(guó)內(nèi)同類礦井先進(jìn)水平。杜兒坪礦62711工作面回風(fēng)巷位于北七盤區(qū)，工作面沿2#煤頂板施工。煤層平均厚度1.90 m，煤層平均傾角2°，節(jié)理發(fā)育明顯。地面標(biāo)高:1 500～1 740 m;井下工作面標(biāo)高:1 045～1 065 m;蓋山厚度435～687 m，平均561 m．該工作面巷道主要采用矩形斷面設(shè)計(jì)，凈寬4 200 mm，凈高2 800 mm．

3 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在回采巷道中的應(yīng)用

杜兒坪礦62711工作面的直接頂為5.12 m厚的灰細(xì)砂巖，富含植物碎屑化石及白云母片裂隙發(fā)育，容易在巷道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)不同程度破碎。煤層基本上處于近水平賦存，埋深屬于中深部煤層。結(jié)合現(xiàn)階段杜兒坪礦井生產(chǎn)的主要支護(hù)形式及該工作面的地質(zhì)條件，為保證工作面正常銜接，不出現(xiàn)工作面交替間接緊張的狀況，對(duì)比各種支護(hù)形式，決定在該巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

3.1 支護(hù)參數(shù)的確定

1)錨桿桿體參數(shù)的確定。

該巷道錨桿桿體采用d20 mm×L2 000 mm螺紋鋼錨桿，托盤采用150 mm×150 mm×10 mm+調(diào)心球墊+減磨墊圈(見圖2)．錨固方式為樹脂端部錨固，錨固長(zhǎng)度按照常規(guī)設(shè)計(jì)為1 326 mm，所以，每根錨桿需3個(gè)樹脂藥卷。錨桿長(zhǎng)度是桿體的最重要參數(shù)，長(zhǎng)度太小，不能發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用;桿體太長(zhǎng)，會(huì)造成支護(hù)材料的浪費(fèi)，增加成本，且桿體抗剪切能力減弱。其中頂錨桿的計(jì)算見式(1)、(2)、(3)［3－4］，因?yàn)轫敯迤茐母叨仍?.2～1.6 m，經(jīng)計(jì)算頂板破碎平均高度0.88 m，所以，可按下列方法確定支護(hù)參數(shù):

錨桿長(zhǎng)度Lbr:

式中:

Δ—錨桿外露長(zhǎng)度與錨固段長(zhǎng)度之和，m，取1.0．

錨桿桿體直徑d:

式中:

d—錨桿桿體直徑，mm;

Q—錨固力，由拉拔試驗(yàn)確定，kN，取90;

σt—桿體材料抗拉強(qiáng)度，MPa，取500．

得:d=16.27 mm

經(jīng)計(jì)算，巷道采用d=20 mm螺紋鋼錨桿。錨桿排距Dr:

式中:

Dr—錨桿排距，m;

Pr—錨桿拉拔力，螺紋鋼錨桿，kN，取90;

K—安全系數(shù)，取3．

計(jì)算得:Dr=1.28 m，但根據(jù)實(shí)際情況取1 m，結(jié)合臨區(qū)支護(hù)經(jīng)驗(yàn)每排布置5根錨桿。

圖2 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿圖

經(jīng)過計(jì)算得出，杜兒坪礦該工作面巷道頂錨桿頂部布置5根，間排距為875 mm×1 000 mm;兩幫布置3根錨桿，間排距800 mm×1 000 mm．

2)錨索參數(shù)的確定。

錨索索體選擇單根鋼絞線，直徑為21.6 mm，只布置在頂板中。錨索按照頂板情況選擇長(zhǎng)度為5 300 mm，經(jīng)過實(shí)踐證明，該長(zhǎng)度完全滿足實(shí)際需要。金屬托盤規(guī)格為250 mm×250 mm×16 mm(孔d22 mm)．錨索間排距的確定是發(fā)揮錨索作用的重要參數(shù)，一般按照等間距布置。按照式(4)進(jìn)行理論計(jì)算［5］:

式中:

K1—安全系數(shù)，取1.5;

T—錨索額定破斷載荷，kN，取450;

Q—沿巷道走向每米潛在冒落拱內(nèi)巖體重量，kN，取210．

經(jīng)計(jì)算得出，杜兒坪礦該工作面回風(fēng)巷道錨索間排距為2 000 mm，即頂板上方采用錨索布置為矩形布置，間排距為2 400 mm×2 000 mm，錨索錨固端長(zhǎng)度為1 326 mm．

綜上所述，最終確定杜兒坪礦62711工作面回采巷道支護(hù)參數(shù)，布置示意圖見圖3．另外，為防止碎矸和裂隙等造成的安全隱患，保證支護(hù)質(zhì)量，在頂板鋪設(shè)d4 mm×2 100 mm×1 100 mm鋼筋網(wǎng)，兩幫布置2 000 mm×2 400 mm菱形金屬網(wǎng)，每隔200 mm用10#鐵絲捆綁嚴(yán)實(shí)，有效保證了巷道的支護(hù)質(zhì)量［6］．

圖3 62711工作面回采巷道支護(hù)布置示意圖

3.2 支護(hù)效果

在支護(hù)設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)用FLAC3D數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)該支護(hù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，模擬圖見圖4，圖5．從圖4可以看出，巷道的垂直應(yīng)力主要分布于兩幫位置，水平應(yīng)力主要分布在巷道頂板中．從圖5看出，垂直位移最大的位置在頂板，水平位移最大量在巷道靠近采空區(qū)一側(cè)的煤幫中。在該方案的支護(hù)下，巷道圍巖位移量很小。在施工完成28 d后對(duì)巷道圍巖進(jìn)行測(cè)量，兩幫移近量為30～50 mm;頂?shù)装逡平考s為100 mm，完全滿足支護(hù)要求。

圖4 巷道垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力分布圖

圖5 巷道垂直位移和水平位移分布圖

4 結(jié)束語(yǔ)

錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)具有施工速度快、機(jī)械化程度高、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為煤礦各類巷道的主要支護(hù)方法。杜兒坪礦62711工作面回風(fēng)巷道應(yīng)用該技術(shù)后，巷道掘進(jìn)速度完全滿足采掘比要求，支護(hù)質(zhì)量較好，幾乎不需要后期維護(hù)，節(jié)省了時(shí)間，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李偉，白光超．錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在大斷面托頂煤切眼中的應(yīng)用［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，02(25):35－36.

［2］秦廣鵬，蔣金泉．大變形軟巖頂?shù)装迕合镥^網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)研究［J］．采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2012，3(15):66－68.

［3］李書民，孫小巖．深部回采巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)踐［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，1(12):25－26.

［4］侯運(yùn)炳，高振亮．屯蘭礦軟巖巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究［J］．中國(guó)礦業(yè)，2014，11(15):21－22.

［5］唐建新，鄧月華．錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)沿空留巷頂板離層分析［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2010，11(15):46－47.

［6］陳楊．焦家寨礦全煤巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究［D］．北京:煤炭科學(xué)研究總院，2014.

Application of Bolt－mesh－anchor Combined Support Technology in Du＇erping Coal Mine

Bai Genwei

Itensures the supportquality and reduces the support costs of reasonable roadway support in production of coalmine．At the present stage，bolt－mesh－anchor combined support is one of the main form of mining roadway supporting．Takes Du＇erping coalmine 62711 working facemining roadway as the example，adopts the form of bolt－mesh－anchor combined support by ensuring supporting parameters，and using numerical simulation technique to evaluate the supporting scheme．It obtains that the rate of roadway advance is completely satisfied the requirement ofmining and excavation ratio，the support quality isbetter and has a certain economic benefits．It can provide reference for other coalmine in the similar geological condition．

Mining roadway;bolt－mesh－anchor combined support;Support parameter;Numerical simulation

TD353

B

1672－0652(2015)09－0024－03

2015－07－30

白根偉(1981—)，男，山西五臺(tái)人，2010年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，工程師，主要從事礦井安全生產(chǎn)管理工作(E－mail)66307191@qq．com