让压支护作用（精选6篇）
让压支护作用 篇1
摘要：为了实现高应力深埋回采巷道煤层围岩稳定性控制, 提出钻孔卸压技术与新型预应力让压锚杆耦合支护设计的方案, 并利用ADINA数值模拟研究了巷道分别采用钻孔卸压、让压锚杆支护、钻孔卸压和让压锚杆耦合支护状态下巷道顶部和帮部位移及应力的变化规律。研究结果表明:采用钻孔卸压与让压锚杆耦合支护情况下的位移量最小, 卸压让压效果最明显, 耦合效果最佳。通过工业性试验现场监测与数值计算对比分析, 5218综放工作面支护效果表明:钻孔卸压有效地释放围岩高应力, 让压锚杆有效地抵制了巷道顶板及帮部的位移, 耦合支护有效地控制巷道围岩的变形, 达到了预期的效果;数值分析与现场监测的结果比较吻合。
关键词：巷道,钻孔卸压,让压锚杆,耦合支护设计,数值分析
1 概述
本文采用在一定的支护控制力作用下有调节的卸压让压技术, 结合由让压管开始变形吸收围岩释放的变形能的新型预应力让压锚杆的让压管作用, 研究结果表明钻孔卸压与让压锚杆耦合支护很好地对巷道围岩进行加固, 控制巷道围岩的变形, 达到了预期的效果, 对解决高低应软岩巷道稳定性控制具有重大的现实意义。
2 矿井概况
2.1 工程概况
原支护设计方案将导致巷道产生非常大的变形, 锚杆、锚索将被拉断, 支护非常困难。在5218回风巷的两侧煤帮钻取一排卸压孔, 采用卸压让压技术与新型预应力让压锚杆进行耦合支护, 提高巷道围岩强度的目的。
所掘煤层为沁水煤田3#煤层, 为陆相湖泊型沉积, 赋存于二叠系山西组中下部地层中, 平均厚度7.44m左右, 煤层厚度稳定。直接顶为泥岩, 平均厚度7.47m;基本顶为细砂岩, 平均厚度5.2 m;直接底为4.23m厚的泥岩;基本底为6.66m的中砂岩。巷道埋深约320m。表1为煤层顶、底板力学参数。
巷道埋深约320m。表1为煤层顶、底板力学参数。
2.2 卸压孔与让压锚杆参数设计
根据该矿地质条件、现场装备及技术条件, 将5312工作面回风巷卸压孔孔径定为80mm, 间距为800mm, 孔深6000mm。钻孔布置在5312回风巷的两侧。巷道顶板交替施加让压锚杆和锚索进行支护, 长度为2.5m和9.3m, 横向间距为1m;两帮施加让压锚杆长度为2m, 横向间距为0.8m。让压锚杆的让压点为22.3t, 弹性让压距离为23mm。卸压孔与让压锚杆的纵向间排距均为0.9m。
3 支护性能数值模拟
分别对巷道采用钻孔卸压技术、让压锚杆支护技术、钻孔卸压和让压锚杆耦合支护技术进行对比模拟分析。在巷道混凝土支护结构的顶部、左帮取中点分别分析位移及应力情况。模拟结果表明在时间步0~30中应力值为0, 混凝土支护结构在时间步为40时生成。水平方向与X轴方向一致, 竖直方向与Z轴方向一致。分析在三种不同支护状态下巷道顶部和帮部的位移、应力的变化规律如图2~图5所示。
图2和图3表明, 在三种支护方式下顶板及帮部的位移变化规律大体一致;采用巷道钻孔卸压与让压锚杆耦合支护条件下的顶板位移最小, 为95.17mm, 左帮位移量随时间步的变化量较大, 稳定时的变形量最大为100.51mm;单独采用让压锚杆进行支护时, 巷道顶板位移量最大达到125mm, 左帮收敛值为1376.99mm;巷道达到稳定顶板位移量最大值与最小值之差为29.82mm, 左帮最值之差达到37.48mm。
图4和图5表明, 与钻孔卸压技术和让压锚杆支护技术相比, 采用钻孔卸压与让压锚杆耦合支护技术的巷道顶板围岩水平及竖向应力最小;钻孔卸压与让压锚杆耦合支护最终产生的水平应力为2MPa, 竖直应力为1.67MPa;图4中围岩水平方向应力最大值与最小值之差为1.05MPa;在图5中钻竖直方向应力值最大降低了0.61MPa。
4 巷道变形量分析
为了便于测量将螺纹钢一头焊制成弯钩状, 使用收敛计测量巷道表面位移测点的变形值, 模拟结果与实际观测结果分别如图6和图7所示。
未采用卸压让压技术段的巷道, 前8 d顶板的总位移量为65mm, 28 d稳定时的位移量为83.5mm, 模拟结果在28 d时为79mm;采用卸压让压技术的巷道, 由观测值来看, 前8 d顶板的位移量几乎为0, 28 d稳定时的位移量为38.5mm, 模拟结果在28 d时的稳定值为35mm。巷道未采用卸压让压技术进行支护时, 28 d时的帮部位移量为97mm, 模拟结果在28 d时为91.2mm;采用卸压让压技术的巷道帮部的位移量缓慢增长, 28 d稳定时的位移量为35mm;模拟结果在28 d时的稳定值为31.5mm。ADINA数值模拟结果较接近真实观测值, 未采用卸压让压技术段巷道顶板的最终位移量约是采用钻孔卸压与让压锚杆耦合支护技术的2~2.5倍。
5 结论
5.1 高应力深埋巷道 (3#煤层) 采用钻孔卸压和让压锚杆联合支护技术, 即在5218回风巷的两侧煤帮钻取一排卸压孔, 采用卸压让压技术与新型预应力让压锚杆进行耦合支护, 具有释放围岩高应力、顺应围岩变形特点, 提高巷道围岩的强度。
5.2 巷道顶板水平方向卸压让压效果比较明显。让压锚杆有效的抵制了巷道顶板及帮部的位移。
5.3 工业性试验现场监测与ADINA数值计算的结果进行对比分析, 钻孔卸压与让压锚杆耦合支护对巷道围岩加固效果明显, 控制巷道围岩的变形, 达到了预期的效果。前期的数值模拟与实际监测的结果比较吻合, 验证本文的分析是合理可靠的。
参考文献
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让压支护作用 篇2
百善煤矿6545工作面煤层赋存较稳定, 大部分地段煤厚2.4~3.1 m, 一般煤厚2.8 m;煤层总体倾向北、北西方向, 倾角一般在9°~24°之间, 在654轨道巷、654皮带机巷附近区域煤层倾角达30°。煤层以黑色碎块状及碎屑状半亮型煤为主, 具内生裂隙。煤层底板赋存标高-143.5~-195.7 m。该工作面大部分地段无伪顶, 仅在局部地段有厚约0.4 m的浅灰色泥岩伪顶, 易掉落。直接顶板以浅灰~深灰色粉砂岩为主, 厚2.0~4.8 m, 呈块状, 致密, 可见炭化枝叶碎片, 具裂隙;老顶以浅灰~灰黑色粉砂岩、泥岩为主, 厚5 m左右, 致密、块状, 可见炭化枝叶碎片, 具裂隙。直接底板以浅灰~深灰色粉砂岩为主, 厚2.5~5.5 m, 较均一、致密、块状, 具炭化根部碎片。加之沿空侧受回采的影响, 煤质松散, 其赋存条件为“顶硬煤软”的特点, 矿压显现主要特征为“底鼓帮挤”。
6545沿空机巷原设计支护方式为锚、网、梁、索联合支护 (毛断面8.84 m2) , 局部采用11#工字钢架棚支护 (毛断面8.74 m2) 。掘进工艺采用炮掘, 耙矸机装岩, 皮带机、链板机运输。
2 支护存在的问题
2.1 锚、网、梁、索联合支护
施工初期, 采用锚、网、梁、索联合支护, 施工长度有80 m, 因过断层, 改为架棚支护, 其后又改为锚杆支护。
通过WBY-10 T型顶板 (多点位移) 离层仪及WADS-4帮位移测杆收集的数据分析, 锚杆支护段顶位移量较小 (12 d累计移近量4 mm) , 两帮累计位移量较大 (12 d位移420 mm) , 造成巷道断面减小, 使行人、运输的安全间距不符合要求, 危及安全生产, 导致巷道使用率、掘进效率降低, 2008年7月份单月掘进115 m, 刷宽、维修约90 m, 造成前掘后修, 给施工带来困难。
2.2 工字钢架棚支护
因上述原因及时更改支护方式, 由锚、网、梁、索联合支护改为架棚支护。其规格:3 200 mm×2 400 mm×2 400 mm (梁×左腿×右腿) , 底扎3 900 mm, 净高2 100 mm, 棚距650 mm, 用编织网、塘材棍、笆片腰帮过顶;塘材棍顶12对, 两帮各7对;笆片顶16片, 两帮各12片, 合计26片;编织网压茬不小于50 mm, 间隔200 mm用16#铁丝连好;每棚4根撑木, 2块垫板。施工中发现, 由于两帮煤质较松软, 侧压较大, 采用架棚支护时, 两帮棚腿易跐脚;岩石底段的棚腿易发生弯曲变形, 巷道的维修量依然很大。2008年7月中旬~8月初, 掘进一区一队每天需抽4~5人进行蹬棚维修, 给施工带来不便。
3 松帮让压
3.1“松帮让压”支护机理
通过对巷道变形及支架受力分析, 巷道变形的主要原因是两帮煤体位移造成的。决定继续采用架棚支护, 取消腰帮的编织网和笆片, 只用塘柴腰帮, 便于两帮来压时, 煤体能自由被挤出, 起到“让压”的作用;棚腿里侧的煤体可采用手镐或尖钎子剔除, 起到“松帮”的作用。通过“松帮让压”来减弱支架受力, 相对提高支架的抗侧压变形的能力。
“松帮让压”支护的机理是:在松软煤层煤巷中, 巷道支护所承受的荷载主要是松动煤层的自重压力和煤层变形压力两大类。而扩容剪胀变形和塑性流变变形是松软煤巷巷道变形压力的主要显现形式。其中“剪胀一期体积应变”达到其最大变形值的50%~60%, 而围岩处于剪胀一期时应让其释放, 依靠支护阻力限制其发生与发展, 将耗费较高的成本。
“松帮让压”支护技术是在巷道掘出后, 围岩处于“剪胀一期”时及时对两帮进行松帮, 其作用是:
(1) 扩大围岩变形空间, 让围岩的扩容流动变形有一定的自由空间, 释放变形能, 以减弱煤体对支架的荷载;
(2) 通过主动松帮削弱两帮浅部煤体与棚腿的接触, 使巷道两帮高应力集中区向煤体深处转移, 从而使巷道附近两帮围岩处于卸压状态, 减弱甚至消除巷帮松软煤层的流动变形和剪胀变形, 改善支架的受力状况, 提高支架稳定性;
(3) 通过主动松帮使巷道两侧的高应力集中区快速向煤体深部转移, 减弱了巷道附近松软底板所受的高剪切应力及缩短了应力作用时间, 减少了巷道底鼓量。
3.2“松帮让压”支护的使用条件
松帮让压支护技术的要点是主动让压卸压, 适用的矿压条件是巷道变形以侧压为主, 顶压较小。适用的工程地质条件是煤层顶板整体性较好, 沿顶掘进的松软煤层架棚回采巷道。目前已在该矿6545沿空机巷、6121风巷施工中应用, 从施工情况看, 棚腿跐脚及变形量大为减少, 已取得很好的效果。该技术为解决巷道受压变形和快速掘进提供了保证。
4 施工工艺
4.1 架棚时的“松帮让压”支护
架棚支护时, 顶部正常使用编织网、笆片和塘柴过顶, 取消腰帮的编织网和笆片, 只用塘柴腰帮, 便于两帮来压时, 煤体能自由被挤出, 起到“让压”的作用;棚腿里侧的煤体可采用手镐或尖钎子剔除, 起到“松帮”的作用。
4.2 成型巷道的“松帮让压”维护
当两帮煤体向巷道中心位移, 支架肩窝形成网兜时, 必须及时进行卸压处理。即“松帮”, 用手镐或尖钎子剔除鼓出的煤体, 刷帮深度以超过棚腿里侧50 mm, 不影响腰帮, 又不至于引起片帮为原则。松帮顺序从下向上进行, 松帮至肩窝下300 mm处。松帮后如需蹬棚腿可在支架梁下使用摩擦支柱打点柱, 升足劲后及时把棚腿蹬到位, 并用木楔在棚腿下楔实, 或使用前探梁作临时支护, 探梁与棚梁不密贴处必须使用木楔楔实, 确保蹬棚腿时棚梁不下沉。
5 安全技术要求
掘进施工时顶及两肩必须腰牢背实;
腰帮过顶的塘柴直径大于40 mm的必须使用单根;
松帮前, 必须确认巷道内不行车, 皮带机里侧需松帮时必须停电闭锁, 并由专人监护;
松帮必须由外向里逐棚进行, 一棚施工不结束, 不进行下一棚;
松帮时, 必须从下向上进行, 先松底根, 后松中间, 深入棚腿后约50 mm, 以不片帮, 不防碍腰帮为原则;
松帮时, 必须两人一组, 配合作业;
每班安排专人逐段检查、松帮作业;
每班松帮结束后, 必须把松帮煤矸清理完毕, 不得影响下班作业。
6 结论
让压支护作用 篇3
潞安集团常村煤矿目前开采3#煤层, 煤层平均厚度为6 m。现工作面多为孤岛面, 工作面回采巷道沿煤层底板掘进, 由于其顶板需留3 m厚的煤作为巷道直接顶板, 加之巷道掘进时离采空区近, 煤体的强度较低, 回采巷道位置地应力高, 导致巷道支护相当困难, 严重影响矿井的安全生产。为适应孤岛工作面回采巷道的地质采矿条件, 解决强力锚杆支护中发生杆体破断的问题, 采用合理的锚杆支护技术显得十分重要。
1 高强锚杆支护存在的问题
随着采掘工作面的延伸, 巷道掘进时和采空区较近, 煤体的强度较低, 工作面顺槽位置地应力较高, 巷道变形量大, 这给顺槽支护带来了相当大的困难。普通高强锚杆支护掘进速度慢, 这使得生产衔接非常紧张。采用强力锚杆支护锚杆断裂、钢带撕裂现象严重, 影响矿井的安全生产。常村矿准备巷道为适应设备和通风要求, 断面最小尺寸宽4.8 m×高3.3 m, 最大巷道断面宽为5.5 m, 这就给巷道的支护带来一定的难度。为适应矿井发展的要求和孤岛工作面顺槽的地质采矿条件, 解决强力锚杆支护中发生杆体破断问题, 合理的锚杆支护技术十分必要。
2 让压锚杆支护系统参数确定
针对常村矿深部高应力破碎巷道条件, 提出高预应力、强力锚杆支护理论。其显著特点是大幅度提高锚杆支护的刚度与强度, 采用高预应力、强力锚杆支护系统, 高强度高刚度强力锚杆支护材料是今后的发展方向[1]。实现一次支护就能控制围岩变形与破坏, 避免二次支护和巷道维修。
高刚度强力锚固支护结构如图1所示。锚杆长度为2 400 mm, 预应力为4～5 t, 最小屈服强度为12～15 t, 托盘采用面积较大、形状为强度较高的150 mm×150 mm×10 mm球形, 承载力大于27 t。锚杆的让压结构十分重要, 为保证让压管的参数符合设计要求[2]。根据设计参数, 生产样品并对其试验。得出让压点载荷为19 t, 让压稳定系数为0.16 t/mm, 最大弹性让压距离为25 mm。
3 工程实践
以常村煤矿S3-3工作面为例, 与该工作面两侧相邻的S3-2工作面和S3-4工作面都已经回采完, S3-2工作面采空区与S3-3工作面皮带顺槽之间留设20 m净煤柱。其所在位置的3#煤层平均厚度为6.25 m, 煤体强度较低。老顶是7.02 m的中砂岩, 中砂岩强度较高, 整体性好。直接顶是平均1.58 m厚的粉砂岩。巷道沿煤层底板掘进, 为矩形断面, 净宽4.5 m, 净高3.2 m, 有平均3 m厚的煤作为巷道的直接顶。锚杆布置如图2所示。
3.1 施工技术分析
锚杆安装主要为“一推”, “二转”, “三等”, “四紧”。施工锚杆时, 由于安装让压管, 必须控制钻孔深度, 这样, 报废锚杆数量减少, 节约了成本。 (1) 让压管:现场施工的锚杆在装配过程中均应加让压管, 以避免锚杆因受力过大或受到动载荷的冲击而突然破断。 (2) 扭矩放大器使用:使用扭矩放大器紧固锚杆时, 应保证扭矩放大器的轴线与锚杆的轴线重合, 避免扭矩放大器被损坏。 (3) 对于片帮处理:根据原先工作面的地质资料可以推断, 部分工作面煤体比较松软, 后经工作面和采空区的影响, 巷道掘进中会出现片帮现象。出现片帮的地方为避免锚杆因不贴帮而失效, 使用让压锚杆可以在片帮和冒顶处增加木块来背帮和背顶。 (4) 对于让压锚杆崩断处理:根据现场地质条件, 压力严重的巷道, 可采用双让压管支护。
3.2 锚杆支护效果分析
3.2.1 支护施工主要参数测试及比较
使用让压锚杆支护后, 该杆体受力状况明显改善, 防止受到动压作用或应力过高而破坏造成杆体断裂的现象。不同锚杆支护巷道位移观测对比如表1所示。由于S3-3回采巷道受采动影响极大, 巷道底鼓严重, 在巷道掘进过程中共计崩断底角锚杆45根、钢带撕裂87处, 被崩断的锚杆中让压管压力全部让完。现采用双让压管后未出现锚杆崩断或钢带撕裂现象。
3.2.2 让压锚杆支护效果分析及经济效益
安装机具合理, 施工便捷, 由于采用了扭矩放大器, 简化了锚杆紧固程序;工人劳动强度降低, 施工速度提高;使用让压锚杆可以在片帮和冒顶处增加木块来背帮和背顶, 锚杆断裂现象明显减少;从经济效益来说, 延米单价比普通高强锚杆支护低, 每年可节约资金约1 388.67万元。
4 结论
常村煤矿掘进巷道采用高强高预应力让压锚杆支护后, 安装扭矩降低, 安装应力显著提高;具有让压作用的让压管有效地保护杆体, 锚杆断裂现象明显减少;延米单价比普通高强锚杆支护低, 每年可节约资金约1 388.67万元, 而且简化了施工工艺, 提高了掘进速度, 增强了安全效果。
摘要：为解决常村煤矿回采巷道掘进速度慢、锚杆易断裂、支护困难的问题, 提出采用让压锚杆支护技术, 根据现场实际情况, 设计出了可变形让压锚杆支护系统参数与让压结构, 现场应用效果表明:锚杆杆体受力状况良好, 实现了安全、快速、经济的目标, 解决了常村煤矿生产衔接紧张问题。
关键词：孤岛工作面,应力高,可变形让压锚杆,掘进
参考文献
[1]陈平生, 刘宝敏.新型让压锚杆在大埋深沿空掘巷中的技术应用分析[J].煤, 2008, 17 (11) :27-29
让压支护作用 篇4
龙王庄煤矿首采工作面为1104工作面, 煤厚平均2.2 m, 切眼长110 m, 巷道长550 m, 采用倾斜长壁布置工作面, 炮采一次采全高。两巷均沿顶掘进, 掘进工艺为炮掘, 以刮板输送机和胶带输送机运煤。支护方式为:梯形棚, 11#矿用工字钢单棚支护, 棚距中—中400 mm, 开始支护采用2.9 m梁长。由于压力大, 巷道变形严重, 后来采用梁长2.5 m和2.0 m两种, 腿长2.5 m, 巷道净高2 m。但巷道变形问题仍很严重, 从工作面巷道施工到回采一般要翻修3～5次, 当月施工的巷道就会出现巷道底鼓、棚腿内移、支架扭斜现象, 造成巷道高、宽不足, 运输、行人困难。巷道的变形不仅增加了维修费用, 严重制约生产, 同时给矿井生产造成了较大的安全隐患。为了减少巷道返修, 保证安全生产, 矿方多次组织工程技术人员进行研究, 最终决定选择松帮让压技术对巷道进行支护。
1 矿井地质条件
龙王庄煤矿井田地层自老到新有奥陶系、石炭系 (太原组) 、二叠系 (山西组、下石盒子组、上石盒子组、马头山组、土门组) 、上第三系和第四系。井田含煤地层为二叠系上、下石盒子组, 山西组和石炭系太原组。
二1煤层位于山西组下部, 全层厚0.19～11.19 m, 平均厚3.83 m;可采厚0.70～10.56 m, 平均厚3.78 m。煤层结构简单, 一般含夹矸1～2层, 每层厚0～1.83 m, 平均厚0.34 m, 以炭质泥岩为主, 次为泥岩, 呈似层状、透镜状分布, 稳定性较差, 局部较为复杂, 煤层硬度系数小于1.0, 为较稳定偏不稳定型煤层。煤层倾角8°～22°, 平均12°。煤厚具有短距离内急剧变化特点, 大致呈NNE向厚薄相间交替出现, 规律性较为明显。二1煤直接顶板多为中细石英砂岩 (俗称大占砂岩) , 局部地段相变为泥岩、粉砂岩, 硬度系数4～6, 厚9.75～52.28 m, 平均厚27.28 m。伪顶为黑色炭质泥岩, 厚0～1.05 m, 一般随采随落。直接底板为黑色泥岩或粉砂岩, 厚0.73～5.95 m, 平均厚3.30 m, 岩性致密, 底板泥岩吸水易膨胀, 底鼓现象较严重。煤层赋存条件具“伪顶发育的三软”特点。矿压显现主要特征为顶底板移近量大、速度快, 且侧压较大。
2 松帮让压支护机理
(1) 松帮让压是将巷道周边围岩内的高应力向巷道围岩深部转移, 从而使高地应力围岩转化为可以支护的低地应力围岩, 最终达到减小围岩变形目的的一种支护技术。通常采用的巷道卸压方法主要有:在巷道周边围岩中开槽、切缝、钻孔、实施松动爆破、进行无煤柱开采等。其中的钻孔卸压技术具有施工方便、施工速度较快、不影响施工工期等特点。在松软煤层煤巷中, 巷道支护所承受的荷载主要是松动煤岩层的自重力和变形压力, 而扩容剪胀变形和塑性流变变形是松软煤巷变形压力的主要显现形式。其中剪胀一期体积应变达到其最大变形值的 50%～60%, 而围岩处于剪胀一期时应让其压力得以释放, 依靠支护阻力限制其发展将耗费较高的成本。应在两帮方向主动地松帮让压以减弱支架受力, 相对提高支架的抗侧压变形能力[1]。
(2) 松帮让压支护技术是在巷道掘出后, 围岩处于剪胀一期时及时对两帮进行松帮, 其作用:①扩大围岩变形空间, 让围岩的扩容流动变形有一定的自由空间, 释放变形能, 以减弱煤体对支架的荷载;②通过主动松帮削弱两帮浅部煤体与顶板的接触, 使巷道两帮高应力集中区向煤体深处转移, 从而使巷道附近两帮围岩处于卸压状态, 减弱甚至消除巷帮松软煤层的流动变形和剪胀变形, 改善支架的受力状况, 提高支架稳定性;③通过主动松帮使巷道两侧的集中高应力快速向煤体深部转移, 减弱了巷道附近松软底板所受的高剪切应力, 并缩短了应力作用时间, 减少巷道底鼓量[2]。
3 松帮让压施工方法
根据松帮让压支护技术的机理, 龙王庄煤矿在1102胶带巷、1107轨道巷改进了原有支护方式, 采用12#矿用工字钢对棚支护, 棚距中—中500 m, 并采取以下措施进行松帮卸压。
(1) 人工松帮卸压。
在支护安全的条件下, 用手镐剔除鼓出的煤岩体, 刷帮深度超过支架背部边缘 100 mm, 以不影响背设又不致引起片帮或冒顶为原则。从下向上松帮至梁肩, 保证支架与顶板围岩保持稳固接触。
(2) 打孔松帮 (图1) 。
采用ZQSJ-65/2.5型架柱支撑气动手持式钻机在巷道两侧每架工字钢棚空当内打3个孔。卸压孔的具体参数:Ø75 mm, 孔深2 m, 上下间距0.5 m, 上部2个眼为水平眼, 下部眼为俯眼, 倾角为30°。
(3) 人工透孔。
每班松帮人员除要正常进行打眼松帮外, 对已打孔要进行透孔, 保证孔的疏通。
4 施工注意事项
(1) 松帮让压必须及时进行, 距掘进面5 m以外及时松帮卸压, 不得在支架发生变形后再进行。
(2) 先松底根, 后松梁肩窝;顶以不漏为原则, 条件许可时可拆网挑顶, 以深入支架壁后100 mm为限, 以不片帮、不冒顶、不妨碍背设为原则。
(3) 要注意人工透孔, 保证孔的疏通。让压工作结束, 要随时联网、背帮顶, 不得有漏煤现象。
(4) 让压过程中, 若发现存在支护质量问题, 必须立即处理, 然后再进行松帮作业。
5 应用效果
1102胶带巷已完成掘进巷道 350 m, 1107轨道巷已完成掘进巷道 200 m。在掘进施工同时, 安排专职人员对巷道进行松帮让压作业, 除对当月施工的巷道及时进行打孔卸压外, 对上月施工的巷道进行透孔和松帮让压 (连续松帮2～3次后巷道基本趋于稳定, 至今未出现支架严重变形、支架损坏等现象) 。同时, 在松帮过程中, 用单体支柱对个别鼓出的棚腿进行蹬腿修复, 恢复其正常支护功能。根据掘进进度, 每月安排 100 m的巷道松帮工程, 最终使巷道顶底板移近量控制在 0.2 m以内, 两帮移近量控制在0.3 m以内。
6 结语
“让压、卸压”支护技术的应用, 不但为巷道维修带来了方便, 使巷道掘进面掘进不再受巷道变形的困扰, 提高了掘进效率, 改善了支护质量, 而且松帮让压单次维护费用较低, 较原来翻修巷道大大节省了维修费用。
三软煤层掘进工作面松帮让压支护工艺目前已在龙王庄矿推广应用, 每年节约巷修人工工资200万元, 如果加上支护材料, 每年可节约维修费用约500万元, 为解决巷道受压变形和实现快速掘进提供了保证。
摘要：龙王庄煤矿主采二1煤层, 该煤层为豫西典型的三软煤层, 压力大, 巷道变形严重, 巷道支护困难。通过对掘进巷道采取松帮让压措施, 使巷道由“维修”变为“维护”, 不但节约了资金, 而且较好地解决了巷道变形问题, 保证了施工安全。
关键词：三软煤层,掘进巷道,松帮让压,支护工艺
参考文献
[1]钱鸣高.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社, 1995.
让压支护作用 篇5
1) 顶底板岩性:直接顶为砂质泥岩或中粒砂岩, 深灰色, 性脆, 厚约1.32m, 老顶为细、中粒砂岩, 灰色石英质, 薄层状致密坚硬。底板为泥岩, 灰黑色, 含植物根部化石, 遇水易膨胀。
2) 煤层赋存情况:从己15-12050采面机巷和16~10号钻孔揭露情况看, 煤层厚度在1.8~2.3之间, 倾角1°~3°, 煤层中部有0.2~0.4m的夹矸, 煤岩类型为半暗半光亮型焦煤。
3) 巷道动压影响情况:己15-12070风巷与南部已回采结束的己15-12050采空区相邻, 受采动压力影响较大。己15-12070机巷北部无回采工作面, 与南部已回采结束的己15-12050采面净煤柱4 m, 预计会受采动压力影响。两巷顶板为中粒砂岩, 含水层为10~20 m, 砂岩裂隙发育, 赋存裂隙水, 富水程度中等, 但由于上部采面回采疏放, 一般不会造成大的水害威胁。
2 巷道技术参数
2.1 工程结构
己15-12070风巷按方位角278°30'自东向西施工, 开口标高-550 m, 终点标高-479 m, 全长1 861.8 m。该巷道处于二叠系上石盒子组丁煤段丁56煤层, 掘进断面:13 m2, 净断面:12.6 m2。己15-12070机巷按方位角278°30'自东向西施工, 开口标高-580 m, 终点标高-494 m, 全长1 858 m。该巷道处于二叠系上石盒子组丁煤段丁5.6煤层, 掘进断面:11.88 m2。
2.2 原设计支护参数
1) 己15-12070机巷设计断面宽4.3 m, 高2.4m, 采用锚网索联合支护, 原支护设计为顶锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的高强树脂锚杆;顶锚杆间距800 mm;帮锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的等强树脂锚杆;帮锚杆间距700 mm;排距均为750±50 mm。己15-12070风巷设计断面宽4.0 m, 高2.4 m, 采用锚网索联合支护, 原支护设计为顶锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的高强树脂锚杆;顶锚杆间距750 mm;帮锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的等强树脂锚杆;帮锚杆间距700 mm;排距均为750±50 mm。
2) 对现有支护系统的评价。现场观察表明目前的顶板支护系统存在以下问题:安装负荷不足, 顶板和两帮有早期变形现象, 尽管锚杆支护密度很大, 仍然存在巷道变形。锚杆在大变形条件下无让压功能, 造成局部地段有断锚杆现象。现有的锚杆支护密度和强度基本满足支护要求。托盘尺寸和强度不足, 造成托盘压入煤体。
3) 采用高强预应力让压锚杆支护原理。在大采深、高应力、大变形的条件下, 巷道的顶、侧压显著, 巷道变形严重。为了防止巷道承压变形, 提高锚杆的承受载荷, 提高锚杆的支护强度, 防止锚杆承受过度载荷而破断, 要求锚杆必须有变形让压性能, 让压性能对顶板支护效果影响很大。然而, 这种变形让压必须有“控制”的让压, 合理的让压性能应该做到锚杆在一定吨位上稳定让压, 以保证巷道支护效果和防止锚杆破断。高强高预应力让压锚杆是采用锚杆的让压管进行让压, 在锚杆接近过载时, 让压管象安全阀一样起到让压保护锚杆体的作用。而锚杆仍然在弹性变形阶段。这样一方面保证锚杆系统在掘进期间不发生塑性破坏, 另一方面保证巷道围岩在有效的支撑作用下控制让压以保证围岩的稳定性。
4) 高强预应力让压锚杆技术参数。规格:Ф20 mm、L=2 000 mm的高强高预应力让压锚杆。钢材采用高强螺纹钢, 通过让压后锚杆实际屈服载荷为17.5 t。托盘:DHT~A型方托盘, 规格:150 mm×150 mm.厚8~10 mm, 承压力22 t。
药卷:Z2335型树脂药卷, 规格:23 mm×350 mm。
让压点起始载荷:16~17 t
最大让压距离:20 mm让压性系数:<0.2 t/mm
3 高强预应力让压锚杆的安装与测试
3.1 锚杆安装学习
锚杆的安装应力是控制围岩早期变形的重要参数。安装应力过小会使围岩发生过大早期变形, 松散破碎圈增大, 引起顶板破碎, 锚杆受力增加, 根据锚杆的支护作用, 在大采深, 高应力的条件下, 支护强度必须提高。为了有效控制顶板, 减少锚杆用量, 提高掘进速度, 我们组织施工人员对高强高预应力让压锚杆的施工工艺进行了学习, 请技术人员进行现场指导。
3.2 安装方法与步骤
用锚杆机打2 000 mm深的钻孔, 把树脂药卷和锚杆推入规定孔位, 利用搅拌器通过锚杆机的推力把树脂推入孔中直到锚杆托盘离顶板20 mm左右。注意在上推树脂药卷时严禁旋转。完成第二步后, 迅速旋转锚杆机搅拌15~20 s, 然后顺势上推锚杆使托盘贴近顶板。完成搅拌后停止30~40 s左右让树脂充分凝固。上紧螺母:旋转搅拌器上紧螺母。在紧螺母时应给最大扭矩而不要施加上推力以最大限度的上紧螺母。用扭矩放大器, 进一步上紧螺母, 达到规定的安装应力。锚杆井下性能测试:为了保证锚杆的使用性能使其发挥最大能力, 对施工的锚杆进行了拉拔实验和安装应力实验。其结果完全可以满足设计要求。
4 采用高强预应力让压锚杆支护布置
风巷采用锚网索联合支护, 支护形式为顶锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的高强高预应力让压锚杆, 排距为900±50 mm, 间距750 mm;帮锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的等强树脂锚杆, 间排距为750±50 mm。机巷采用锚网索联合支护, 支护形式为顶锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的高强高预应力让压锚杆, 锚杆排距为1 000±50 mm, 间距750 mm;帮锚杆使用Ф20 mm、L=2 000 mm的等强树脂锚杆, 间距750 mm, 排距为1 000±50 mm。
5 对两种支护方法的监测和对比结果
为了保证高强高预应力让压锚杆的使用效果, 对机、风两条巷道建立“十字位移”观测制度。每50 m设一观测点, 其后对收集的数据进行分析整理和对比, 以此来确定高强高预应力让压锚杆使用的可行性。通过对数据的整理平均后绘出顶板、上、下帮的收敛、位移曲线图。经过长达3个月的观测对比, 支护参数合理可靠, 能有效地控制顶板的下沉量, 完全满足支护要求。
6 结语
采用高强高预应力让压锚杆支护技术时间虽短, 但效果非常好。支护能力满足使用要求。其简化了施工工艺, 降低了生产成本, 减少了工人的劳动强度;具有较好的经济效率, 促进了煤矿的加速发展。但在实际运用和技术指导方面还有待不断的探索, 使之更趋完善, 充分发挥其支护的优越性。
参考文献
[1]张新生, 蒋涛.矿用高强预应力让压锚杆在深部软岩支护中的应用[J].煤炭工程, 2013 (12) :28-29.
让压支护作用 篇6
9420溜子道位于张双楼煤矿-1 000 m水平西二采区, 设计走向长594 m, 标高-841~-800 m。巷道净宽5 m, 净中高2.7 m, 净断面13.5 m2。9420溜子道开窝“交”点前42 m处为上覆煤层7420工作面停采线, 开窝“交”点前16~68 m范围内为7、9煤合成区域, 煤层厚度最大16.5 m, 平均3.2 m。巷道两帮使用高强预应力让压锚杆支护, 统计使用让压锚杆约790套。使用EBZ-180综掘机掘进, 跟底掘进, 一次成巷。施工位置平面示意图如图1所示。
2 巷道支护参数
张双楼煤矿9420溜子道顶板采用普通左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆和φ18.9 mm锚索联合支护。两帮采用高强预应力让压锚杆支护, 间排距750 mm×750 mm, 每排施工2根向下30°倾斜锚杆。支护情况如图2所示。
3 高强预应力让压锚杆结构及安装顺序
9420溜子道选用的高强预应力让压锚杆结构如图3所示。
高强预应力让压锚杆安装顺序依次为: (1) Q500金属锚杆; (2) 锚杆托盘; (3) 金属平垫圈; (4) 让压套; (5) 金属平垫圈; (6) 减磨垫圈; (7) 高强阻尼螺母。其锚杆为Q500锚杆钢体加工的φ22 mm、长2 400 mm的锚杆, 屈服强度≥500 MPa, 抗拉强度≥630 MPa, 伸长率≥12%, 锚固力>125 k N。
4 高强预应力让压锚杆支护原理
快速安装高强预应力让压锚杆, 初始安装时支护阻力直接达到120 N·m, 不需要下一班进行二次紧固。当巷道帮部的压力升至156.8~166.6 k N时, 让压管开始变形, 让压长度约15 mm, 锚杆对围岩的支护约束力稳定保持在160 k N左右。这样, 对围岩保持了一个相对高值的支护阻力, 又实现了锚杆杆体不被迅速达到屈服载荷, 抑制了岩石间碎胀变形的发展, 保持巷道围岩的相对稳定。
高强预应力让压锚杆在安装时, 较普通锚杆多了2个金属平垫圈和1个让压套, 比普通锚杆多露出煤壁约50 mm。在初次施工过程中职工对于让压锚杆的外露长度把握不准, 影响了巷道净断面。
5 现场应用效果分析
5.1 施工速度
让压锚杆打眼孔、安装的时间与同长度的帮锚杆相同, 约5~6 min/根, 安装工艺也相同;6 m帮锚索的打眼孔、安装的时间大约45~50 min/根;套金属棚支护平行锚杆施工作业, 作业时间不计施工时间。
5.2 支护效果
(1) 通过对让压锚杆支护段巷道进行帮收敛位移监测、锚杆荷载监测, 两帮最大移近量为264 mm, 最终相对移近率不大于0.5 mm/d, 帮部让压锚杆荷载值为39 k N。巷道帮部变形协调, 受力分布均匀, 变形后帮部上下平直, 整体移动。让压套未发生明显变形现象, 未出现让压锚杆崩断、钢带剪切断开、金属网网兜、撕裂等现象, 未发生帮部位移造成巷道安全空间不足影响通风、运输和行人问题。
(2) 通过对巷道内让压锚杆支护段、帮锚索支护段和套棚加强支护段巷道在掘进、回采期间的观察、监测和分析比较, 让压锚杆支护段巷道变形在可控范围内, 后期巷道修护工序简单, 相对安全、快捷。让压锚杆支护段巷道帮部位移量在200~300 mm, 底板位移量在200~800 mm, 修护主要工作为卧底, 其监测数据如表1所示。帮锚索支护段巷道帮部不平直, 局部位移量在200~500 mm, 沿空的帮部位移量在400~1 000 mm, 修护主要工作为局部刷帮、卧底, 补锚后断面方能满足使用要求。套棚加强支护段巷道在掘进后期、回采期间帮部位移造成金属棚扭曲、折断, 安全空间不足, 修护主要工作为拆除金属棚、补锚, 拉棚、扶棚工作量较大, 安全可控程度差。
(3) 直接材料费用。让压锚杆的税后价格为36.26元/根, 让压锚杆支护每排材料需要支付652.68元。普通直径20 mm、长2 400 mm的锚杆税后价格34.16元/根, 直径18.9 mm锚索税后价格145.08元/根, 普通锚杆、帮锚索支护每排材料需支付735.29元。同断面的矿用梯形金属棚税后价格860元/棚, 锚网梁、套棚支护每排需花费1 474.88元。通过比较可知, 让压锚杆每排支护费用较普通锚杆、帮锚索支护和锚网梁、套棚支护分别降低11%、126%。
6 结论