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大斷面回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)研究

文檔作者：李寧文檔來源：西山煤電鎮(zhèn)城底礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年03月17日
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煤礦現(xiàn)代化 2017 年第 6 期 總第 141 期1 工作面基本參數(shù)及技術(shù)條件某礦 15 號(hào)煤層 S8310 工作面走向長(zhǎng) 1023m，工作面傾斜長(zhǎng)度為 220m。 工作面地質(zhì)儲(chǔ)量 210 萬(wàn) t，可采儲(chǔ)量 182 萬(wàn) t。 該工作面內(nèi) 15 號(hào)煤層總厚度最大6.60m，最小 6.35m，平均厚度 6.51m，煤層傾角 3°~12°，平均 6°，煤層賦存穩(wěn)定，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。 煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 賦存 3 層不穩(wěn)定夾石， 其中上夾石厚度0.14m 左右， 中部夾石 0.12m 左右， 下部夾石 0.14m左右。 該工作面地面標(biāo)高 1156.5~1344.2m，工作面標(biāo)高 609.0~664.5m。 根據(jù)地質(zhì)條件分析，該工作面煤厚適中，煤層賦存穩(wěn)定，構(gòu)造簡(jiǎn)單。 該工作面地面標(biāo)高1156.5~1344.2m，工作面標(biāo)高 609.0~664.5m。 地表位于石家山以東，彎進(jìn)咀以南，大西溝以西，小西溝以北的山梁溝谷地帶，地表無(wú)建筑物，有部分農(nóng)田及山林。本工作面井下位于南條帶三采區(qū)東部，東部為南條帶二采區(qū)，南部為二采區(qū) S8211 工作面（未掘），西部為S8309 工作面（未掘），北部為 S8308 工作面（未掘）。本工作面為實(shí)體煤工作面，四周工作面均未回采。 根據(jù)地質(zhì)條件分析，該工作面煤厚適中，煤層賦存穩(wěn)定，構(gòu)造簡(jiǎn)單。 工作面布置圖如圖 1 所示。2 大斷面巷道變形破壞特征與原因分析圖 1 S8310 工作面布置示意圖S8310 大采高綜采工作面回采巷道，進(jìn)風(fēng)巷矩形斷面 5.1m×3.7m， 面積 18.87m2； 回風(fēng)巷矩形斷面4.3m×3.7m，面積 15.91m2，遠(yuǎn)大于 16m2，故此判別S8310 大采高綜采面巷道為大斷面巷道。對(duì)于大斷面巷道來說， 由于其斷面尺寸較大，斷面形狀多為矩形，當(dāng)受到采動(dòng)影響時(shí)，圍巖變形量及塑性區(qū)范圍更大。其破壞形式往往是多種類型復(fù)合形成，具有以下一些破壞特征：巷道圍巖變形破壞更為嚴(yán)重，發(fā)生變形破壞塑性區(qū)面積達(dá)；遇到地質(zhì)構(gòu)造或特殊圍巖情況時(shí)，巷道圍巖會(huì)發(fā)生突發(fā)性破壞；巷道會(huì)發(fā)生大量級(jí)的底鼓，多數(shù)情況下巷道支護(hù)的焦點(diǎn)在頂板及兩幫的支護(hù)，底板維護(hù)工作不夠；水和空氣也會(huì)對(duì)巷道穩(wěn)定性造成影響，當(dāng)巷道斷面增大時(shí)，巷道更容易受到水和空氣的影響，使巷道變形更為嚴(yán)重。大斷面巷道圍巖破壞形態(tài)受到多重因素影響，既大斷面回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)研究李 寧（西山煤電鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203）摘 要 基于 S8310 大采高綜采工作面的地質(zhì)特征和生產(chǎn)技術(shù)條件， 系統(tǒng)分析了大采高綜采大斷面回采巷道變形破壞的基本形式及原因，通過數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐提出回采巷道沿頂掘進(jìn)方式，最終確定 S8310 綜采大斷面回采巷道支護(hù)方案為：錨網(wǎng)索 +W 鋼帶（頂）聯(lián)合支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，回采巷道圍巖變形得到有效控制，支護(hù)效果明顯。關(guān)鍵詞 大采高，沿頂掘進(jìn)，巷道支護(hù)中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-0797（2017）06-0118-04Research on the design of the back and back of the large sectionLi Ning（Xishan Coal and Electricity Zhenchengdi Mine，Shanxi Gujiao 030200）Abstract：Based on the large mining height are broken S8310 fully mechanized working face of geological characteristics and productiontechnology conditions, systematic analysis of the large mining height are broken fully mechanized large section roadway, the basic form ofdeformation and failure and the reason, through the numerical simulation in combination with the practice along the roof of roadway excavationmethod is put forward, finally determine S8310 fully mechanized large section roadway support scheme is: + W steel belt anchor wire rope (top)combined support, field practice shows that extraction to effectively control the deformation of surrounding rock of roadway, the supporting effect is obvious.Keywords：Large height ; along the top of the heading ; the roadway support· · 118萬(wàn)方數(shù)據(jù)煤礦現(xiàn)代化 2017 年第 6 期 總第 141 期有客觀原因，又受到人為因素的影響，具體分析有以下影響因素：（1）地質(zhì)條件與生產(chǎn)條件，主要包括：巖性的影響、上覆巖層壓力的影響、圍巖地應(yīng)力的影響、工作面回采引起應(yīng)力變化的影響、斷層構(gòu)造的影響等。（2）支護(hù)設(shè)計(jì)方案與施工質(zhì)量，巷道維護(hù)工作中，主觀因素也對(duì)其支護(hù)強(qiáng)度及效果產(chǎn)生一定的影響。施工質(zhì)量不合格：人員操作的誤差、工序安排不當(dāng)、假幫（頂）后空洞、施工質(zhì)量達(dá)不到要求；不合適的設(shè)計(jì)：巷道支護(hù)形式單一、底板支護(hù)重視程度不夠、支護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的不合理等。3 大斷面回采巷道掘進(jìn)位置分析S8310 工作面采用厚煤層大采高綜采設(shè)備與回采工藝，使得工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道高度小于采高，從而大采高綜采面巷道在煤層中布置的空間位置問題顯得尤為重要。若回采巷道沿著煤層頂板掘進(jìn)，頂板支護(hù)對(duì)象為巖體，若沿底板掘進(jìn)，支護(hù)對(duì)象為煤體，煤體強(qiáng)度較巖體低，需要加強(qiáng)巷道支護(hù)。 通過 UDEC 軟件結(jié)合工作面具體參數(shù)，在支護(hù)條件相同情況下，對(duì)沿煤層頂板掘進(jìn)和沿煤層底板掘進(jìn)圍巖變形情況進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果如圖 2 所示。分析圖（a）、（b）可知，在支護(hù)參數(shù)相同的情況下，沿煤層頂板掘進(jìn)引起巷道圍巖塑性變形范圍較沿底掘進(jìn)小，沿頂掘進(jìn)，巷道頂板支護(hù)容易，可有效控制頂板下沉量， 加強(qiáng)對(duì)兩幫的支護(hù)可以減小兩幫移近量，提高圍巖穩(wěn)定性。 分析圖（c）、（d）可知，較沿頂掘進(jìn)，沿底掘進(jìn)過程中豎直和水平方向上位移矢量明顯增大，進(jìn)一步通過圖（e）、（f）可知，沿頂掘進(jìn)巷道圍巖位移量更小，穩(wěn)定性更好。（a）沿煤層底板掘進(jìn)時(shí)周邊塑性區(qū)（b）沿煤層頂板掘進(jìn)時(shí)周邊塑性區(qū)（c）沿煤層底板掘進(jìn)時(shí)位移矢量（d）沿煤層頂板掘進(jìn)時(shí)位移矢量（e）沿煤層底板掘進(jìn)時(shí)表面位移量· · 119萬(wàn)方數(shù)據(jù)煤礦現(xiàn)代化 2017 年第 6 期 總第 141 期（f）沿煤層頂板掘進(jìn)時(shí)表面位移量圖 2 沿煤層底板和頂板掘進(jìn)時(shí)圍巖變形情況當(dāng)沿煤層底板掘進(jìn)巷道， 一般在掘進(jìn)期間圍巖相對(duì)較穩(wěn)定，但在服務(wù)期間，特別是工作面回采期間，巷道圍巖（煤體）變形量很大，頂板和兩幫表面媒體破碎脫落嚴(yán)重，在每排錨桿之間由于圍巖壓力作用產(chǎn)生大量煤兜， 為避免頂板煤體冒落和片幫，須加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，增加錨桿錨索直徑、長(zhǎng)度，減小排間距，以控制圍巖（煤體）的變形，沿煤層底板掘進(jìn)回采巷道不利于維護(hù)，也會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本，所以在厚煤層開采時(shí)回采巷道位置一般采用沿煤層頂板掘進(jìn)。綜上分析，S8310 大采高綜采工作面回采巷道設(shè)計(jì)沿 15 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，開切眼也沿 15 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)。 隨著工作面推進(jìn)到一定距離，采高達(dá)到6.51m 后，機(jī)頭、機(jī)尾各 10~20m 范圍工作面要與兩回采巷道平緩過渡，應(yīng)掌握好采高和臥底量，防止出現(xiàn)工作面“急凹”所造成的設(shè)備事故。4 大采高綜采大斷面回采巷道支護(hù)方案S8310 大采高綜采面回采巷道設(shè)計(jì)方案如下：巷道支護(hù)采用錨桿＋金屬網(wǎng) +W 鋼帶（頂）+ 鋼筋梯（幫）+ 錨 索 聯(lián) 合 支 護(hù) ， 頂 錨 桿 采 用 φ20mm ×2400mm 的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼 ， 幫錨桿采用φ20mm×2000mm 的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，頂板錨桿間 排 距 取 800mm ×900mm， 兩幫錨桿間排距取1000mm×900mm，采用樹脂藥卷全長(zhǎng)錨固，錨固劑為 CK2335（2 支）和Z2335（3 支），錨固長(zhǎng)度 1.8m 左右。進(jìn)、回風(fēng)巷選擇均由 4mm 鐵絲編制的金屬網(wǎng)，頂板、 兩幫配套使用金屬網(wǎng)， 進(jìn)風(fēng)巷頂板選擇長(zhǎng)5400mm、寬 900mm 的金屬網(wǎng)；回風(fēng)巷頂板金屬網(wǎng)長(zhǎng)4600mm、寬 900mm；進(jìn)、回風(fēng)巷兩幫的金屬網(wǎng)選擇長(zhǎng) 3800mm、 寬 900mm。 錨桿采用鋼托盤 ， 選擇BHW-250-3.0 型 W 鋼帶，在兩幫采用由 φ18mm 的鋼筋焊接而成的鋼筋梯，在每個(gè)錨桿安裝部位焊接2 根間距為 60mm 的加強(qiáng)筋。 頂板每排布置 2 根φ17.8mm ×5500mm 鋼 絞 線 錨 索 ， 間 排 距 為1800mm×1800mm。 采用 5 根錨固劑錨固，CK2335（3 支），Z2335（2 支），錨固長(zhǎng)度 1.8m 左右。 具體的進(jìn)風(fēng)巷支護(hù)布置如圖 3 所示。（a）進(jìn)風(fēng)巷（b）回風(fēng)巷圖 3 進(jìn)、回風(fēng)巷斷面錨桿錨索布置圖5 巷道圍巖裂隙狀況分析為了更好的檢測(cè)巷道的礦壓顯現(xiàn)， 驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)方案的支護(hù)效果，結(jié)合井下的具體條件，選擇巷道支護(hù)方案實(shí)施后的進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行鉆孔窺視探測(cè)分析，觀測(cè)巷道不同深度圍巖狀況。 如圖 4、圖 5 所示，巷道在不同的深度處巖層整體完整，沒有明顯的頂板離層、圍巖裂紋、巖層錯(cuò)動(dòng)等現(xiàn)象發(fā)生，表明了S8310 大采高綜采大斷面巷道設(shè)計(jì)方案的可靠性。5.1 進(jìn)風(fēng)巷頂板圍巖破壞情況在 0~1.20m 淺部巖層范圍內(nèi)， 淺部巖體為黑色泥巖，受采動(dòng)影響，該范圍圍巖松散、較為破碎，并且在0.68m 處出現(xiàn)離層現(xiàn)象， 如圖 4 （a） 所示；· · 120萬(wàn)方數(shù)據(jù)煤礦現(xiàn)代化 2017 年第 6 期 總第 141 期1.20~2.15m 范圍內(nèi)屬于錨固區(qū)內(nèi)，圍巖整體較為平整，離層現(xiàn)象較少，未發(fā)現(xiàn)明顯破碎帶和裂隙發(fā)育區(qū)，如圖 4（b）所示；2.15~3.2m 范圍為錨桿錨固端部，此范圍頂板主要為黑色泥巖，巖性軟弱，但完整性良好， 僅個(gè)別地帶存在縱向裂隙的現(xiàn)象， 如圖 4（c）、（d）所示。（a）0.68m 處 （b）1.50m 處（c）2.35m 處 （d）3.00m 處圖 4 進(jìn)風(fēng)巷圍巖內(nèi)部情況通過對(duì)以上視頻截圖分析可知： 鉆孔深度范圍內(nèi)頂板巖層總體較完整，裂隙發(fā)育程度低。 在 0.68m處發(fā)生離層裂隙，1.20~2.15m 范圍內(nèi)圍巖完整無(wú)裂隙發(fā)育，2.15~4.0m 范圍巖層完整性良好， 僅 3.0m處存在縱向裂隙。5.2 回風(fēng)巷頂板圍巖破壞情況（a）0.65m 處 （b）0.90m 處（c）2.50m 處 （d）3.50m 處圖 5 回風(fēng)巷圍巖內(nèi)部情況回風(fēng)巷頂板正中鉆孔的 0.4~1.01m 淺部圍巖內(nèi)，巖體完整性較好，存在少量裂隙和弱面，如圖 5（a）、（b）所示；1.01~3.0m 范圍內(nèi)為錨固段，巖體較為完整，基本未發(fā)現(xiàn)裂隙的存在，如圖 5（c）所示；3.0~4.0m 范圍為錨固區(qū)外，圍巖完整，未出現(xiàn)明顯裂隙和破碎帶，如圖 5（d）所示。通過對(duì)以上視頻截圖分析可知： 鉆孔范圍內(nèi)頂板巖層完整性良好，環(huán)形裂隙發(fā)育。 0.4~1.01m 范圍內(nèi)存在環(huán)形裂隙和軟弱面； 在 1.01~3.0m 范圍內(nèi)圍巖完整；3.0~4.0m 范圍內(nèi)圍巖較完整， 僅 3.50m 處發(fā)育橫向裂隙。綜合分析，由圖 4 和 5 可知，巷道在本文設(shè)計(jì)支護(hù)方案下，很好的控制了巷道內(nèi)部圍巖裂隙，使得巷道穩(wěn)定性和整體性得到了大幅度的提高。S8310 大采高綜采大斷面在按設(shè)計(jì)要求完成的支護(hù)方案下，巷道能夠保持穩(wěn)定，滿足了礦井的生產(chǎn)需求，創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。6 結(jié) 語(yǔ)回采過程中，進(jìn)、回風(fēng)巷道巷道頂?shù)装逡平孔畲鬄?294mm，兩幫移近量最大為 259.8mm，均處于工程允許范圍內(nèi)，巷道圍巖情況良好，滿足了工作面正?；夭傻囊蟆?在采用大采高綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，提高了煤層的采出率，充分開采利用了煤炭資源，實(shí)現(xiàn)了礦井的可持續(xù)發(fā)展。參考文獻(xiàn)：[1] 康紅普，王金華，林健. 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2010（11）：1809-1814.[2] 范伯瑜. 巷道支護(hù)分析 [J]. 中國(guó)科技信息，2009（14）：72-74.[3] 劉睿. 煤礦巷道支護(hù)類型的選擇[J]. 科技信息，2013（1）：435，485.[4] 孫永富，張偉，史晨昊，原登亮. 大斷面回采巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 煤炭技術(shù)，2016（5）：36-39.[5] 耿增達(dá). 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究 [J]. 煤炭與化工，2014（12）：56-57，61.作者簡(jiǎn)介：李寧（1987-）男，河南焦作人，2010 年畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)擔(dān)任山西焦煤西山煤電集團(tuán)鎮(zhèn)城底礦開拓二隊(duì)技術(shù)副隊(duì)長(zhǎng)，主要從事煤礦開掘巷道的技術(shù)管理工作。（收稿日期：2017-5-17）·

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