沿空留巷锚索吊挂钢梁支护技术

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沿空留巷锚索吊挂钢梁支护技术

新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿 陈尚峰 范德强

摘 要 通过大倾角煤层开采中改变施工方案,将原工作面撤除后预留切眼实施沿空留巷,总结了沿空留巷的施工工艺及安全技术措施,为类似工程条件的沿空留巷提供科学依据。关键词 大倾角 沿空留巷 锚索钢梁

翟镇煤矿51101煤层倾角平均15 ,局部达26 。工作面走向长度380m ,里段150m 走向开采,外段改为倾向开采。工作面里段推进150m 撤除后预留切眼实施沿空留巷,预留工作切眼作为外段的轨道巷,在下部开掘一条运输巷形成系统,实施倾向开采。撤除预留切眼采用锚带、网、锚索吊挂钢棚联合支护,支护效果十分理想。1 顶板压力分析1.1 顶板结构

(1)平均厚度为3.64m 的粉砂岩为直接顶,充填性较好;整体上顶板矿压显现明显,但不十分强烈。

(2)平均厚度为17.10m 的砂岩互层分层破断,形成梁上有梁的一般梁式结构,构成基本顶结构。1.2 顶板来压强度

P 1=P 2=M z r z f z cos +

M e r e L h a

K T L K h i

=456.48k N/m 2

式中:P 1 支护强度,kN m 2;

P 2 顶板来压强度,kN m 2;M z 直接顶厚度,取3.24m;

r z 直接顶容重,取2.2t/m 3; 煤层倾角,取15 ;

f z 直接顶悬顶系统数,取1;M e 基本顶单一岩梁厚度,取5m;r e 基本顶容重,取2.5t/m 3;L 周期来压步距,取10m;

h a 顶板最大下沉量,取400m m;K T 压力分布系数,取2;L K 控顶距,取3m;

h i 需控顶板下沉量220mm 。2 支护设计

2.1 巷道断面和支护参数设计

针对巷道的维护特点,经过地质力学评估、初始设计、数值模拟计算分析,又经施工监测、信息反馈和修正,确定了巷道的锚索吊挂钢梁支护设计和参数(见图1)。2.2 顶板支护

顶板采用高强度螺纹钢锚杆, 22mm 2000mm,间排距800mm 900mm,配锚索吊挂钢梁及金属网。顶板支护形式

为5排锚带+2排锚索吊挂钢梁。锚索长6.0m,排距1.0m,

图1 51101工作面顺槽支护断面示意图

锚索吊挂3.0m 长的钢梁。顶板均要求用 27mm 的双翼钻头钻锚杆孔,孔为 28mm 。每根锚杆用1卷快速及2卷慢速树脂锚固剂卷加长锚固。锚索用2卷快速及3卷慢速树脂锚固剂卷加长锚固。2.3 两帮支护

煤帮采用高强度螺纹钢锚杆, 18m m 2000mm,间排距800mm 800mm,配锚带和金属网联合支护。为防止煤帮煤层片帮,每根锚杆用2卷Z2550型树脂锚固剂卷加长锚固,以保证其锚固力。煤帮最上部锚杆以15 仰角布置,最下部锚杆以15 俯角布置(有利于防止底鼓),其余锚杆水平布置。2.4 支护验算2.4.1 锚杆

采用 22的高强锚杆(1)顶锚杆

长度:L =(1+1/2f) (1.1+B/10)=1.72m 式中:L 锚杆有效长度;

f 顶板岩层普氏系数,取2.2;B 巷道跨度,取3.0m 。L 顶=L + =1.82m

式中: 锚杆外露长度,100mm 。

考虑到沿空留巷巷道顶板松动区的扩容,L 顶应取2m 。 间排距

D =12K 1k 2

(3I /(2I +1)+(2f -1)/(2f +1))=0.79m

式中:D 锚杆间排距;

K 1 锚固系数,取1.03;

K 2 护顶系九,取1.05;

I 直接顶完整系数,取0.63;f 2.2。

顶锚杆间排距取800mm 800mm

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山东煤炭科技 2006年第6期

(2)帮锚杆 间排距:

D=1

2K

1

k

2

(3I/(2I+1)+(2f-1)/(2f+1)

式中:I 两帮煤体完整性系数,取0.5;D=0.75m

考虑到工作面侧采空则压力较小,帮锚杆间排距可适当扩大800mm 800mm。

长度:L=L +Z+ =2.05m

L =1+f c

1+f

c

+

B-1

B+1

=1.5

式中: 锚杆外露长度,取0.1m;

Z 锚杆锚固长度,取0.45m;

L 煤体松动区宽度1.5;

f

c

煤体普氏系系数,取1.75。

帮锚杆长度取2m。

2.4.2 锚索长度

锚索取悬吊补强作用,整体上防止基本顶和直接顶离层,锚入基本顶岩层深度 1.5m,则L=L1+L2+L3 =5.65m

式中:L 锚索设计长度;

L1 直接顶厚度,取4m;

L2 锚入基本顶岩层深度,取1.5m;

L3 锚索外露长度,0.15m。

用长度为6m的高强度、低松弛度( )撵结式1 7钢绞线锚索。

3 施工技术要求

为保证巷道顶板及煤帮整体性和稳定性,施工时应在最短的时间内及时安设锚杆、锚索,稳固后及时测量其锚固力。根据外界因素的影响,锚杆、锚索的锚固力都会先降低后再增加,因此及时进行锚索二次加固是保证支护质量、提高安全性的有效方法。

为保证锚杆、锚索的有效锚固力,必须按照设计的角度、深度安设锚杆和锚索,并且做到三径匹配,即锚杆直径小于钻孔直径5~10mm、树脂锚固剂卷直径小于钻孔直径4~ 6mm,不得随意改变参数。

施工过程中,必须按照设计角度及距离进行施工,锚杆为左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆。顶板锚杆 22mm 2000mm,煤帮锚杆 18mm 2000mm,锚杆间排距分别为800mm 900mm和800mm 800mm。

锚索采用6m的低松弛度( )撵结式1 7钢绞线锚索。锚索沿巷道倾向每隔1m吊挂一根钢棚,每组2根,钢棚支护外的老空侧及时加两排液压单体支护及丛柱。

顶板网采用金属菱形网护顶,帮部采用塑料网护帮,必须连接牢固,钢梁的规格与巷道宽度相匹配。

4 技术经济效益分析

工作面撤除后,实施沿空留巷,减少了一条巷道的开掘时间与费用,减少了以往架棚支护在工作面回采过程中须超前工作面改棚、回棚、回撤单体支护,减少了对工作面生产的影响,便于工作面端头、超前支护管理,提高了综采开机率,有利于工作面快速推进。采用锚网、锚索吊钢棚支护比架棚支护平均推进速度提高了20%。减轻了工人的劳动强度,改善了生产环境。同留设煤柱开掘巷道相比,提高了煤炭回收率,按照10m煤柱,提高煤炭回收获利167万元。

作者简介 陈尚峰 男,助理工程师,1974年出生,现新矿集团公司翟镇煤矿回采区队技术区长,曾多次发表论文。

(上接第25页)

s y =F+s

l

由(7)式计算出 。

4 应用举例

4.1 兴隆庄煤矿西上仓胶带机增速改造

(1)情况简介:胶带机型号为DX4型,胶带用GX-2000,带速原设计2.5m s,上运。倾角7 ,机长773.6m,使用双滚筒

3台,160kW电机驱动,为了适应生产需要,运量由原设计800t h提高到1500t h。

(2)阻力系数与摩擦系数的确定:采用如前所述的方法测出的胶带空载功率N=73kW,胶带分离点张力s

1

=

1230kgf,s

y

=3672kgf,由(10)、(7)式分别计算 和 。

=102 1 2 3N

vl(2q0+q +q )cos

=0.034 取 =0.034

式中:q

0=38.7;q =12;q =5;

1

2

3

=0.82。

=1 (1ns

y -1n s

l

)=0.307,取 =0.3(式中 =3.56)

4.2 兴隆庄煤矿西水平胶带机增速改造

(1)胶带机型号为DX4型,胶带用GX-2000,带速原设计2.5m s,平运,机长1290m,为了适应生产需要运量由原设

计800t h提高大到1500t h。

(2)阻力系数与摩擦系数的确定。采用如前所述的方法测出胶带空载功率N=109kW,胶带分离点张力S

l

=1820

(kgf),S

y

=5473(kgf),由(10)、(7)式分别计算 和 : =102 1

2

3

N

vl(2q0+q +q )cos

=0.0299 取 =0.03 =1 (1ns y-1ns l)=0.309,取 =0.3(式中 =3.56) 5 应用效果

采用此法,在兴隆庄煤矿进行了七部胶带机延伸,四部胶带机增速,满足了 十五 期间国家科技项目 700万t洁净矿井 的顺利实施,效果十分显著。

作者简介 李滋峰 男,1957年生,毕业于中国矿业大学机电学院。现任兖矿集团贵州能化王家坝筹备处机电部长,工程师。

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