城郊煤矿软岩巷道支护方案优化

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城郊煤矿软岩巷道支护方案优化

褚怀保!杨小林

"焦作工学院#河南焦作#+"+**$$

!!摘!要!

在总结城郊煤矿前阶段巷道支护经验的基础上!综合考虑各方面的影响因素和现场情况!对软岩巷道支护方案进行了优化"同时对支护方案进行了技术经济效益分析#

!!关键词!

软岩巷道"支护方案"联合支护"锚索"钢棚!!中图分类号!3>$"$?

(,!!文献标识码!@!!文章编号!=**!!,*!A "!**+$*!#$!**$=!*$

!!城郊煤矿位于河南省永城市郊区#井下巷道平均深度""*D %巷道围岩以泥岩&粉砂岩&砂质泥岩&铝质泥岩为主#裂隙十分发育#围岩被切割成块状%巷道掘出后#随着端头效应消失#地应力重新分布愈加明显%在地应力重新分布过程中#围岩出现应力集中%由于围岩连续性很差#应力集中使围岩中的石块产生错动#出现剪胀现象#有可能引起巷道初次来压%由于巷道断面较大#围岩碎胀范围也比较大%

!!前阶段巷道支护方式

前阶段巷道"梯形断面$采用的是锚喷

?钢棚支护方式#锚喷支护后架钢棚%选用规

格!!!D D R !***D D 的螺纹钢锚杆#间排距均为H **D D #树脂端头锚固#锚固长度大于,**DD #初始锚固力=**#=!*I )%喷射混凝土厚度=**D D %工字钢棚间距H **D D #外侧有背板%已掘出的巷道大部分无明显的变形和破坏迹象#地应力显现也不十分明显%!

尽管前阶段支护

式能够满足巷道稳定

性要求#但支护成本很高#仅每架钢棚成本就

高达!***元左右’

而且钢棚的存在造成喷射混凝土回弹率很高(=#!)

#也增加了成本%

此外#工字钢棚由于是被动承载#在围岩产生一定量的变形后才起作用#不能及时有效地支护围岩#不安全因素多#影响工作面快速推进#制约单进提高%因此#决定对前阶段支护方式进行优化#以期达到既能保证巷道稳定#又能降低工程造价的目的%"!现场情况分析

采用目前支护方式"锚喷?钢棚$的巷道基本上没有明显的破坏现象#稳定性良好#也就是说#巷道后期变形很小%

一般来说#巷道的后期变形是由于地应力或围岩膨胀造成的#在巷道支护中较难处

理($)%由此可以说明两个很重要的事实(=#+)!

一是地层中的地应力不是很大’二是围岩中软岩无明显的膨胀现象"实地观察和测试发现#泥岩无膨胀现象#铝质泥岩有轻微膨胀现象$%所以巷道支护的核心是如何采取有效措施控制巷道的前期变形#使围岩能够在应力重新分布过程中形成比较稳定的组合拱#充分发挥围岩的自支撑能力%

建!井!技!术!!!!!!!!!!!!!**+年第!"卷

架棚支护表面上看似乎是铜墙铁壁!坚不可摧"其实当巷道断面较大时!架棚支护的整体抗变形能力是十分有限的!尤其是水平方向的变形很难避免#所以说目前的巷道稳定不能完全归功于工字钢棚的作用#

#!巷道支护方案优化

在总结前阶段巷道支护经验的基础上!综合考虑工程地质条件$施工条件$巷道用途等因素和现场情况!并利用有限元分析程序对巷道进行多种支护方式的数值模拟!最终确定最佳支护方案!即巷道支护取消工字钢棚!增加锚索!采用锚索?锚喷联合支护方式#锚杆规格为!!!D D R!***D D!材料选用+"号螺纹钢#锚杆间排距均为H**D D!树脂端头锚固!锚固长度大于,**D D!初锚力=**#=!*I)#喷射混凝土厚度=**D D#锚索由C根高强度低松驰钢绞线组成!公称直径="O!+D D!公称强度=H,*-F G!长度,D#两帮墙体各布置=根锚索!位于墙高!%$处"半圆拱部布置$根锚索#锚索加固断面间距约$#+D!穿过铝质泥岩时取小值!穿过其他软岩时取大值#巷道支护断面见附图#

附图!锚索?锚喷联合支护断面

=&喷射混凝凝土"!&锚杆"$&锚索

该支护案的主要优点是’

(=)锚索初锚力大!加固范围大!加固效果好#

(!)支护成本低#

($)锚索施工可滞后掘进工作面=个循环进尺长度!可以在工作面安设锚杆或打炮眼!在后面进行锚索施工!做到平行作业#

%!技术经济效益

试验推广锚索?锚喷联合支护=年多!共掘进巷道H!**D!取得了明显的技术经济效益#

(=)大幅降低了支护成本#锚索?锚喷联合支护方式和原支护方式(锚喷?钢棚)支护成本对比(因为两种联合支护均包括基本相同的锚喷支护!所以只需进行锚索和工字钢棚支护材料费对比#在岩性变化较大的地方!可适当调整钢棚或锚索加固断面间距)见附表#

附表!锚索和钢棚支护材料费对比支护

类型

支护长度

%D

间距

%D

耗材量

单价

%元

合计

%万元

锚!索H!**$#+==,="根"!*,*$(A H 钢!棚H!***(H=*!"*架!***!*"* !!由附表可知!该矿在推广应用锚索?锚喷联合支护的H!**D巷道施工中!仅支护材料费就节省了=++,(*!万元!平均每D节省约=C,$(+元!经济效益可观#

(!)显著加快了巷道掘进速度!缩短了建井工期#采用锚索?锚喷联合支护方式!由于锚索施工可以与掘进平行作业!基本上不影响掘进速度!且有省时省力的优点!使得巷道掘进速度由原来的平均每月H*D左右提高到=!$D!大大缩短了建井工期#按H!**D试验巷道计算!可以缩短建井工期$,J#矿井提前=J投产!便可节省贷款利息!+(,万元#仅此一项就可取得H H"(,万元的经济效益#

($)减少了掘进辅助运输工作量# H!**D试验巷道采用锚索?锚喷联合支护

式!需用锚索==,="根(见附表)"采用锚喷?钢棚联合支护式!需用钢棚=*!"*架(见附表)#根计算!运输==,="根锚索比运

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