复合支护技术在􀀁三软􀀂煤层综放回采巷道中的应用-矿业114网 
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复合支护技术在􀀁三软􀀂煤层综放回采巷道中的应用
2011-08-05
随着开采深度的不断增加, 三软 煤层综放回采巷道失稳现象越来越严重, 巷道 维护非常困难。大雁二矿经过不断探索与实践, 利用预应力锚索复合支护技术, 在 三软 煤层综放 回采巷道支护方面取得了成功。
AAAA AAAA A AAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAA AAAA AAAAA 第 11卷 第 1期 1总第 11期 1 1111年 11月 煤 矿 开 采 V11ꢀ 11N1ꢀ 1 1 Series N1ꢀ111 111l1 in ing 1echn1l1gy 1ece1 ber 1111 复合支护技术在 ꢀ三软 ꢁ煤层综放回采巷道中的应用 1 1 1 张建华 1 赵 军 1 赵贵彬 1 1ꢀ呼伦贝尔学院1 内蒙古 海拉尔 1111111 1ꢀ 大雁二矿1 内蒙古 大雁 1111111 1 摘 要 1 随着开采深度的不断增加1 ꢀ三软ꢁ煤层综放回采巷道失稳现象越来越严重1 巷道 维护非常困难。大雁二矿经过不断探索与实践1 利用预应力锚索复合支护技术1 在 ꢀ三软ꢁ煤层综放 回采巷道支护方面取得了成功。 1 1 关摘摘 1 复合支护1 ꢀ三软ꢁ煤层1 预应力锚索 1文献摘摘摘 1 1 1 文章摘号 1 1111ꢁ1111 1 11111 11ꢁ1111ꢁ11 中摘分摘号 1 11111 AAAAAAAAAAA AA AAA A A AAA AAAAAAAAAA A AAAAAAAAA AA AAAAAAA AA AAAAAꢁA AAAAAAAAA AAAAAA 和岩体膨胀1 膨胀率为 1ꢀ111 1 11ꢀ111。这些性 质的存在1 对综放工作面回采巷道的稳定造成了不 A 工作面概况 大雁二矿现已采至三水平 1 111 水平 11 开采 深度为 1111 11111 11号煤层为该水平的主采煤 层1 褐煤1 属白垩系下统大磨拐河组中部含煤岩 同程度的影响。 AꢀA 水文地质条件 三水平二段综放工作面受向斜褶曲影响1 煤层 段1 其煤层走向为 1111 111!1 倾向为 1111 111!。 节理裂隙发育1 煤层含有少量的裂隙水1 在本工作 三水平二段综放工作面位于第 11勘探线至第 11勘 探线之间1 煤层平均厚 11ꢀ1111 两巷高 1ꢀ111 宽 面上部是三水平一段采空区1 有采空区积水1 煤层 顶板砂岩中含水等。由于受采动影响1 将使这些水 沿煤岩裂隙向下流动1 使煤层富水。又由于煤层夹 层及围岩中含有伊利石和高岭石等1 当煤层和岩层 中含水时1 伊利石和高岭石等将吸水膨胀1 导致岩 层潮解、泥化和流变1 使煤层和围岩的强度大大减 弱、自承力大大降低1 从而引起回采巷道失稳。 另外1 煤层富水1 也会使煤层底板泥岩吸水膨 胀1 造成底鼓使巷道失稳。 1ꢀ111 端口处断面高 1ꢀ1111 宽 1ꢀ111 顶煤平均 厚度 1ꢀ1111 底煤平均厚度为 1ꢀ1111 煤层倾角最 大 11!1 最小 11!1 平均 11!1 煤层结构为1 1ꢀ11 1 1ꢀ111 11 1ꢀ11 1 1ꢀ111 11 1ꢀ111。煤质硬度系 数 f 1 11 1 直接顶为 1ꢀ111 厚的粉砂质泥岩1 固 结性较差1 较软1 基本顶为 1ꢀ11 厚的中砂岩1 胶 结程度较差1 较松散1 直接底为 1ꢀ111 厚的泥岩1 固结性较好。属典型的 ꢀ三软 ꢁ煤层工作面。由 于综放工作面两巷断面大1 围岩又不稳定1 采用棚 式支架、ꢀ锚杆 1 金属网ꢁ等支护形式1 经常出现 前掘后翻的现象1 都不能达到有效维护巷道的目 的。 Aꢀ3 地质构造 三水平二段综放工作面呈宽缓向斜构造赋存1 向斜轴位于第 11勘探线附近1 并且该工作面内有 1条三维地震断层1 断层落差平均为 11 11。由于 向斜构造和断层的存在1 导致煤层破碎、节理裂隙 发育、压力增大1 造成综放工作面回采巷道顶板冒 落1 底板鼓起。 A 回采巷道失摘因素分析 AꢀA 围岩性质 Aꢀ4 开采深度 三水平二段综放面煤层顶底板均为泥质岩层1 胶结程度较差、比较松软1 岩层的风化、泥化、吸 水潮解、流变等性能较强1 导致煤层围岩的抗压强 度极低1 只有 1ꢀ11 1 1ꢀ1111 1 煤层层理较发育1 含有 1层软弱夹层1 夹层面较光滑1 夹层和围岩中 均含有伊利石和高岭石等吸水矿物1 吸水导致煤体 随着开采深度的增加1 矿山压力也越来越大1 回采巷道的稳定性也越来越差。三水平二段综放工 作面开采深度为 1111 11111 根据计算可知1 由上 部岩体重量引起的垂直应力为 11ꢀ111 11ꢀ1111 1 而煤层和顶板泥岩的抗压强度分别为 1ꢀ111 11和 1ꢀ1111 1 所以1 在岩体自重作用下1 回采巷道会 1 1 收稿日期 1 11111 111 11 作者摘介 1 张建华 1 11111 11 男1 黑龙江双鸭山人1 教授1 现主要从事煤矿开采及安全技术的教学、研究工作。 张建华等1 复合支护技术在 ꢀ三软 ꢁ煤层综放回采巷道中的应用 1111年第 1期 受到破坏。 口大断面处及局部破碎段改为每 1ꢀ11 打 1 根锚 索。预应力锚索 1 锚杆 1 金属网复合支护方案如图 1所示。 Aꢀ5 煤层中软弱夹层 三水平二段综放工作面煤层中含有 1层软弱夹 层1 厚度分别为 1ꢀ111 和 1ꢀ111。在煤层及围岩 原始应力状态破坏后1 煤层及围岩的应力重新分 布1 在煤岩应力的重新分布过程中1 煤层受剪切应 力作用后1 将沿软弱夹层面移动1 促使回采巷道也 沿软弱夹层错移1 进而导致回采巷道失稳。 3 摘摘力摘索复合支摘技摘的摘用 3ꢀA 预应力锚索复合支护作用机理 随着开采深度的增加1 围岩压力越来越大1 矿 图 1 锚索锚杆支护断面 压显现越来越强烈1 原先采用的棚式支架或 ꢀ锚 杆 1 金属网 ꢁ支护已不能有效地支护巷道。经过 大量的试验研究1 在围岩压力大、矿压显现强烈的 锚杆为 ꢀ11 ∀111111树脂锚杆1 1个树脂药卷 锚固1 锚索为 ꢀ11ꢀ11 ∀1111111 1 个树脂药卷锚 固1 锚杆托盘为 11111 ∀11111 ∀111 铁托盘1 锚索托盘为 11111 ∀11111 ∀111 铁托盘1 钢带 为 111111 ∀1111 ∀1111 锚杆间排距为 11111 ꢀ 三软ꢁ煤层巷道1 采用 ꢀ锚索 1 锚杆 1 金属网 ꢁ 的支护形式是行之有效的。 锚杆长度小1 形成的压力圈薄且离巷道壁近1 这个压力圈的自承载能力较小。在开采深度浅1 巷 道矿压小、围岩松动圈薄时1 锚杆的支护作用很明 显1 而在开采深度大1 巷道矿压大、围岩松动圈厚 度大时1 锚杆的支护作用很难发挥。锚索的长度远 远大于锚杆1 承载能力强1 在预应力作用下形成的 围岩压力圈厚度大而且向巷道周围纵深发展较远1 在围岩破碎、矿压较大的情况下1 锚索形成的压力 圈恰好给锚杆提供了一个可靠的支护依托1 形成大 小 1个围岩压力圈共同作用支护的状况。此时1 锚 索形成的大压力圈除自承能力外1 还承受巷道深部 围岩的重量及压力1 并将压力转移到深部围岩1 大 大减小锚杆形成的小压力圈的压力1 成为小压力圈 的保护圈。 ∀ 111111 锚 索 间 排 距 为 111111 ∀1111111 111111 ∀111111 1端口大断面处及局部破碎段 11 金属网规格为 111111 ∀111111 用 11号镀锌铁丝 编制1 锚杆锚固力为 11 1 11kN1 锚索预紧力为 11 1 11kN。 锚索垂直顶板向上打眼1 顶板两侧的锚杆向外 倾斜 111 11!打眼1 两帮的上下锚杆分别向上、向 下倾斜 111 11!打眼。 3ꢀ3 矿压观测分析 在三水平二段综放工作面运输平巷掘进和回采 期间布置了 1个观测断面1 每个断面设置顶、底板 和两帮 1个观测点1 对巷道表面变形量进行了观 测1 观测结果见表 1。 表 1 运摘平巷表面位移摘摘摘果 由于锚索长度大1 间距也很大1 在预应力作用 下形成压力区的同时1 两锚索之间还会形成较大的 拉应力区。而锚杆短1 间距小1 当锚杆的长度适当 时1 可基本消除锚索之间的拉应力1 锚索压力区和 锚杆压力区组合成厚度更大的压力圈。 顶底板相对位移 两帮相对位移 变形速度 / 变形速度 / 111#d1 1 1 时期 移近量 11 移近量 /11 11#d1 1 1 1 / 最大 1ꢀ1 平均 1ꢀ1 最大 1ꢀ1 平均 1ꢀ1 掘进 回采 11 11 111 111 111 11ꢀ1 1ꢀ1 11ꢀ1 1ꢀ1 锚索可以把大块的松动岩石悬吊于深部岩层 中1 对小块危岩则发挥不了作用1 而锚杆可把小块 危岩悬吊于锚索压力圈上。 全过程 111 从三水平二段综放工作面运输平巷表面位移观 测结果可以看出1 ꢀ锚索 1 锚杆 1 金属网 ꢁ支护在 掘进期间的矿压显现不明显1 巷道围岩变形在 11d 左右逐渐稳定1 而在回采期间1 由于巷道受超前采 动支承压力的影响1 矿压显现比掘进期间明显增大1 但不影响巷道的使用1 巷道受超前采动支承压力的 金属网可保护锚杆之间的围岩1 形成 ꢀ锚索 1 锚杆 1 金属网 ꢁ支护体系。 3ꢀA 预应力锚索复合支护技术参数的确定 针对 ꢀ三软 ꢁ煤层综放回采巷道断面大、围 岩应力大等特点1 经反复试验1 确定巷道支护参 数1 每 1ꢀ11打 1根锚索1 配 11 长的钢带1 在端 1 下转 11页 1 朱广轶等1 矿区地质动力区划趋势面分析的可视化软件系统 1111年第 1期 较大等高距的梯度陡变带、并列的正负剩余带。据 断裂构造的地质特征1 可初步判定该残差图中 1线 带为曲线断裂。该断裂延伸区域范围较大1 可划为 过分析该可视化系统绘制的残差图1 能够有效确定 断裂位置和方向。 1 11 在大兴井田范围内进行趋势面分析1 结 合矿区地质地形图、震中分布图、地下勘察及地应 力测量结果等资料1 准确区划出该井田区域内的活 动断块。活动断裂构造附近是矿区地质灾害的高发 区1 活动断块的准确划分对煤矿开采设计、瓦斯动 力事故预防等1 具有重要指导作用和理论意义。 ∃ 级断裂。将该 ∃级断裂与相应地形图1 地震震中 分布图对照1 其位置方向均吻合较好1 因此1 可判 定该断裂为活动断裂。 3ꢀA 大兴井田活动断块区划 对大兴井田较大区域进行地质动力区划1 在不 同比例尺的地形图上1 利用趋势面分析可视化程序 系统划分不同等级的断裂。残差图结合各类图纸资 料与测量结果1 准确划分出各级活动断裂。 1 参考文献 1 1 1 11 ꢁꢀ ꢀ 佩图霍夫1 ꢁꢀ ꢀ巴杜金娜 ꢀ 地下地质动力学 11 1 ꢀ 丽1 陈学华译 ꢀ 北京1 煤炭工业出版社1 1111ꢀ 11 朱广轶1 高智广1 哲1 等. 地质动 力区划 在鹤岗 城区的 % 1 ∃级活动断裂主要依据残差图与震中分布 1 王 图综合对照进行确定。同 1&111 ∀11 辽宁及渤海 周围地震震中分布图相比较1 %1 ∃级断裂吻合的 较好1 %1 ∃级断裂基本上在震中分布带上1 在 郝 应用 1 J1 ꢀ辽 宁工程 技术大 学学报1 111 1 11 1 111 1111 111ꢀ 1 1 11 朱广轶1 李保东1 张 忠. 大兴井田地质 动力区划研究 1 J1. % 1 ∃级断裂交界处附近1 是地震分布的最大密度 煤矿安全1 11111 11 1 111 11 1ꢀ 位置。以上表明1 %1 ∃级断裂在现代地壳运动中 起主导控制作用。 11 张启锐 ꢀ地质趋势面分析 11 1 ꢀ 北京1 科学出版社1 1111ꢀ 1 摘任摘摘1 周景林 1 在划分 ∋1 (1 )级活动断裂时1 利用本可视 化系统进行趋势面拟合分析后1 考察主要沟谷、坡 脚线、河流的膝状弯曲、鞍部、等高线轮廓等特 征1 结合地下地质勘查 1节理面、擦痕等构造形 迹 1、地应力测量结果等多因素综合分析来确定。 大兴井田区划具体结果如图 1示。 1 上接 11页 1 影响范围为 111左右。支护效果显著。 3ꢀ4 经济效益 二矿每年用预应力锚索复合支护技术支护的回 采巷道约 111111 按翻修费用 111 元 /1 计算1 可 节省翻修费 111万元1 按每年平均翻修 1 次计算1 可节省翻修费 111万元。另外1 又节省了一个翻修 队 1组 1。同时1 保证了回采工作面的正常生产。 4 摘束摘 采用棚式支架或 ꢀ锚杆 1 金属网 ꢁ支护 ꢀ三 软ꢁ煤层综放工作面回采巷道1 巷道出现前掘后 翻的占 111 以上1 巷道维护十分困难1 严重影响 了综放工作面的正常生产。采用预应力锚索复合支 护技术 1锚索 1 锚杆 1 金属网 1 后1 在整个掘进 和回采期间1 巷道稳定性非常好1 没有发生前掘后 翻及冒顶事故1 有效地解决了 ꢀ三软ꢁ煤层综放 回采巷道维护困难的问题1 具有很高的推广应用价 值1 经济效益和社会效益十分显著。 图 1 大兴井田活动断块区划结果 4 摘 摘 1 参考文献 1 1 11 地质动力区划为防治矿区多种地质灾害 1 1 11 东兆星1 吴士良 ꢀ 井巷工程 11 1 ꢀ 徐州1 中国矿业大学出版 社1 1111ꢀ 开创了新途径1 趋势面分析法是地质动力区划最行 之有效的方法。本文基于趋势面分析理论与可视化 编程软件 V1 调用 1A1 二次开发成图技术1 构建 了地质动力区划趋势面分析计算的可视化系统。通 11 杜善周 ꢀ回采巷道矿压规律与锚杆支 护技术研究 1 J1 ꢀ 煤炭 工程1 1111 1 111 111 11ꢀ 1摘任摘摘1 王摘摘 1
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