大斷面綜采切眼支護技術(shù)

1、大斷面綜采切眼支護技術(shù) 隨著我公司回采機械化水平的提高，掘進機械化也有了一定程度的發(fā)展，錨桿支護技術(shù)雖作為一項先進技術(shù)被推廣應(yīng)用，但在生產(chǎn)實踐中，由于各種原因，應(yīng)用范圍比較小，尤其是在煤巷支護及頂板為煤頂方面。我礦煤巷全錨支護在順槽巷道和開拓準(zhǔn)備巷道支護上都有不同程度的推廣應(yīng)用，但在綜采面大切眼應(yīng)用全錨支護技術(shù)尚屬首例。以往的綜采大切眼均采用棚式支護或先按一較小斷面掘進,待整個工作面形成系統(tǒng)后邊刷大到設(shè)計斷面邊安裝支架方式，針對綜采22103工作面生產(chǎn)接續(xù)較為緊張,為保證工作面盡早投入回采,我公司在切眼施工期間提出了大斷面切眼全斷面一次掘進的施工技術(shù)方案.實施后取得了成功。 綜采切眼全斷面一次

2、掘進錨桿支護設(shè)計方法，以22103綜采工作面切眼錨桿支護為例，該切眼設(shè)計掘進寬度7.4米，掘進高度3.4米，矩形斷面，傾斜長度170米，平均坡度16度，最大坡度19.5度，根據(jù)切眼實際情況，采用綜掘機一次成巷，通過錨桿錨索鋼帶加單體液壓支護增強支護對頂板組合支護方式，從安全、技術(shù)和經(jīng)濟三個方面分析綜采切眼錨桿支護的優(yōu)越性。 1、工作面順槽地質(zhì)情況：22103工作面回采2#煤層，2#煤層位于太原組上部，山西組底部K2砂巖之下，距K2平均約8.12m，賦煤區(qū)內(nèi)總體南部厚北部薄，為可采煤層，煤層厚度35.4m，平均4.3m，含0-3層夾矸，局部有二合頂0.3米。22103工作面煤層賦存較穩(wěn)定，直接頂

3、為砂質(zhì)泥巖，厚度在15.4米，平均厚度3.2m老頂為K2砂巖，局部地段，直接頂以上3.5米有一層1米左右泥巖，直接頂板抗壓強度16.018.8 MPa，平均17.2 MPa，屬于不穩(wěn)定頂板；老頂抗壓強度33.036.8 MPa，平均34.0 MPa，屬于中等穩(wěn)定頂板底板為砂質(zhì)泥巖,地層巖石多為泥巖、泥質(zhì)頁巖、砂巖、層理、節(jié)理較發(fā)育，小型斷層為主要構(gòu)造形式。屬典型的軟巖礦區(qū)。經(jīng)過不斷探索，公司在軟巖礦區(qū)由煤巷小斷面錨桿支護技術(shù)發(fā)展到綜采切眼大斷面錨桿支護技術(shù)。2008年以上巷道錨桿支護巷道占總進尺的10%，到2014年巷道錨桿支護占總進尺的90%以上，綜采切眼錨桿錨索支護率達到100%。 2、傳

4、統(tǒng)的綜采切眼掘進支護方法 （1）傳統(tǒng)的綜采切眼采用梯形斷面，支護方式為木棚支護，上凈寬5米，下凈寬5.8米，凈高3.2米，棚梁中部加打兩根金屬支柱加強支護 ，棚距一般為0.60.8m，該支護方式掘進速度慢，材料消耗大，配置人員多，勞動強度大，人工費用高。架設(shè)大抬棚的笨重作業(yè)，具有一定的危險性。且傳統(tǒng)的切眼支護方式制約安裝工作，作業(yè)人員有效利用空間小，作業(yè)安全性不高，在切眼內(nèi)進行“替柱 、回柱”和回“大梁、柱腿”等支架設(shè)備安裝時，存在較大的安全隱患。這種支護方式不能 對頂板及周圍的煤體進行早期管理，不能有效抑制頂板離層和冒頂現(xiàn)象的發(fā)生。（2） 采用小斷面掘進，進行錨桿錨索支護，錨桿支護采用間排距

5、0.8*0.7m,安裝時，頂錨桿長3米，錨索長9米，邊擴幫邊安裝，凈寬5.0米，凈高3.3米凈斷面：17 m2 ；毛寬5.2米，毛高3.4米，掘進斷面18.7m2 。改擴后斷面為凈寬7.2米凈高3.4米，凈斷面24.48，掘進斷面25.9，支架設(shè)備安裝時擴幫，安全可靠，但安裝進度慢，運輸支架空間小，施工進展不高。 3、綜采切眼錨桿支護設(shè)計方案 針對圍巖具有復(fù)雜、多樣的特點，采用了現(xiàn)場調(diào)查、初始設(shè)計、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設(shè)計和日常監(jiān)測的動態(tài)信息設(shè)計方法.現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容包括圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)及錨固性能測試等。根據(jù)以前三岔口局部大斷面錨桿錨索維護經(jīng)驗值，為初始設(shè)計提供可靠的參數(shù)。初始設(shè)計采用數(shù)值計

6、算和經(jīng)驗相結(jié)合的方法進行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設(shè)計。將初始設(shè)計實施于井下，并進行詳細的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗證或修正初始設(shè)計 。正常施工后還要進行日常監(jiān)測，以保證巷道安全。 4、巷道支護 （1）錨桿錨索組合支護方式。巷道采用左旋等強螺紋鋼端頭錨固錨桿組合支護系統(tǒng)，并進行錨索補強和單體單排液壓支柱加強支護。（1）頂板支護。 永久支護形式及主要參數(shù)：錨桿采用中強等強左旋螺紋鋼錨桿，端頭錨固，頂錨桿規(guī)格為18mm×3000mm，間排距800mm*700mm，矩形布置 ；幫錨桿為18mm×2250mm，間排距1000mm*1000mm，錨索

7、規(guī)格15.24mm×9000mm,配套使用3.6米長鋼帶結(jié)合成一個支護整體。冷拔鋼絲經(jīng)緯網(wǎng)鋼絲直徑4、金屬網(wǎng)規(guī)格為1.8*0.9米、網(wǎng)孔80*80，頂部每根錨桿均用一塊MSK23/60樹脂錨固劑固定，幫部一塊MSK23/35樹脂藥卷。錨索為15.24×9000mm左旋鋼絞線，每根錨索均用1塊CK23/35，2塊MSK23/60樹脂錨固劑固定，錨索托盤規(guī)格：200×200×12mm，鋼帶規(guī)格0.3*3.6*0.25米，頂錨桿錨固力不小于70KN，擰緊力矩100130N.m，錨索預(yù)應(yīng)力不小于100KN，錨索錨固力不小于200KN，錨桿錨索孔徑28mm,鋼帶垂

8、直切眼布置，在巷道中心線兩側(cè)左右對稱支護，間距為0.7m，錨索間距為2.1m。頂錨桿為每排10根。錨索滯后工作面距離不大于2.1m。 （2）加強支護。采用采用DZ-45型單體液壓支柱，柱距 距1.4m，在中心線靠軟幫偏1.4米 （3）巷幫支護。兩幫采用錨桿加一木托板進行支護，幫錨桿規(guī)格為18mm×1800mm，間 距1000mm，排距1000mm，矩形布置。 5、理論依據(jù)：按懸吊理論計算錨桿參數(shù)：1）錨桿長度計算：L = KH + L1 + L2式中：L 錨桿長度，m；H 冒落高度，m；K 安全系數(shù)，一般取K=2；L1 錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般按經(jīng)驗取0.5m；L2 錨桿在巷道中

9、的外露長度，一般取0.1m；其中：H =B/2f=7.8/（2*3.5） = 1.11(m)f 普氏硬度系數(shù)，取3.5；則L=2×1.11+0.5+0.1=2.82.m頂錨桿選用3米錨桿符合安全要求2）錨桿株距、排距計算，通常株排距相等，取a：ab =Q/KRLcos式中：ab 錨桿間排距，m；Q 錨桿設(shè)計錨固力，70KN/根；L 錨桿有效長度，取2.9 m；R 被懸吊砂巖的重力密度，取25.48KN/m3；K 安全系數(shù)，一般取K=1.5； 巖層傾角,取20度a =70/（1.5×2.72×25.48×cos）=0.7 (m)錨桿間距D1/2L=1.5m

10、錨桿間排距取0.8*0.7符合要求,3）錨索補強加固參數(shù)應(yīng)用錨索加固屬新技術(shù)，根據(jù)錨索支護機理，其參數(shù)設(shè)計可參照錨桿懸吊理論進行計算，錨索補強支護是把這個范圍的煤巖層錨固到其上的穩(wěn)定巖層中即可。 (1)錨索長度計算：L=La+Lb+Lc+LdL錨索總長度，m La錨索深入穩(wěn)定層錨固長度，1.5m Lb需要懸吊不穩(wěn)定巖體（煤體）厚度，取5.4m Lc上托盤及錨具厚度，取0.25m Ld需要外露的張拉長度，取0.35m則L2=1.5+5.4+0.5=7.4(m)錨索選用9米符合要求4、 錨索間距、排距計算a2 =Q/KH2式中：a2 錨索間排距，m；Q 錨索設(shè)計錨固力，200KN/根；H2 冒落拱

11、高度，取1.11 m；被懸吊泥、砂巖的重力密度，取25.48KN/m3；K 安全系數(shù)，一般取K=1.5；a =200/（1.5×1.11×25.48） =2.17(m) 錨索排距D應(yīng)小于錨索長度的一半即:D<Lmin/2=4.5m。由于巷道寬度B=7.4m,故取錨索排距為2.1m，間距2米，每組錨索布置3條,能滿足要求。 通過以上計算，選用頂錨桿用直徑18mm、長度3.0m的錨桿，為確保安全取排距為800mm株距為700mm。錨索選用長9米15.24×9000mm的左旋預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作；排距為2100mm，間距2米。 6、支護效果 采用錨桿支護后再進行加強支

12、護，切眼內(nèi)礦山壓力無明顯顯現(xiàn)，圍巖變形量不大，頂板變形量最大不超過3mm。在頂板支護后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，兩幫由于有錨網(wǎng)支護，且配有支柱及構(gòu)木盤幫，也不存在片幫現(xiàn)象，支護很成功，較傳統(tǒng)支護在頂板控制方面具有很大的優(yōu)越性。 6、施工方法 采用EBZ-150型掘進機短掘短進配合刮板輸送機截割、出煤連續(xù)作業(yè)，切眼全斷面一次成巷。 切眼開口處先掘出6m長大斷面，斷面為矩形，寬8.2m，高3.4m，切眼開口處為便于掘進機拐彎，掘進機割不到的地方采用炮掘作業(yè)。 切眼開口6m后，先以4.4m寬斷面掘進4m，后退掘進機掘進3m寬小斷面。相互交替截割成巷。錨桿錨索跟巷道迎頭，單體滯后綜掘機后維護。 工藝流程為：交

13、接班 質(zhì)量驗收 割煤、出煤備料 聯(lián)網(wǎng) 超前支護打頂錨桿 打幫錨 進行下一循環(huán)。 作業(yè)形式：工作面割煤、出煤、鋪網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)、超前臨時支護（鋪鋼帶）、打錨桿，支單體流水作業(yè)。 切眼小斷面掘進和擴幫最大控頂距1.2m，最小控頂距0.4m。7、綜采切眼錨桿支護的優(yōu)越性 7.1安全方面 （1） 綜采切眼的有效空間增大，減少了棚式支護對安裝作業(yè)的制約，安裝作業(yè)空間增大，作業(yè)的安全性大為提高。 （2） 切眼內(nèi)支架設(shè)備安裝過程沒有了“替柱、回柱”及回“大梁、柱腿”等環(huán)節(jié)。不安全隱患減少，安裝速度加快。 （3） 錨桿支護下的整個空間比被動支護下的空間安全，采用錨桿支護，能及時對圍巖進行控制，并充分利用頂板的自承能

14、力，抑制頂板離層，防止冒頂事故的發(fā)生。（4） 錨桿安裝工藝與架設(shè)木棚相比，具有小巧靈的特點，避免了架設(shè)笨重大抬棚及其作業(yè) 的危險性。 7.2技術(shù)方面 （1） 綜采切眼內(nèi)采用錨桿支護，簡化了設(shè)備安裝工藝和準(zhǔn)備工作，縮短了工作面的安裝時間，為高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。 （2） 在相同的條件下，錨桿支護斷面比木棚支護需用斷面小，對綜采切眼的通風(fēng)、運輸和安裝、掘進設(shè)計相應(yīng)縮小參數(shù)，使設(shè)計本身更趨合理。切眼跨度、高度的縮小，減小了工作量和資金的投入，且安全系數(shù)增加。 7.3經(jīng)濟方面：用工投入，錨桿支護比木棚支護和二次成巷投工少；掘進速度快，減少工藝。安裝速度快，綜采工作面大斷面切眼采用鋼帶 、錨桿、錨索、網(wǎng)單體支柱聯(lián)合支護，掘進一次成巷支護工藝改革取得成功，取消了二次掘進成巷，使施工工期提前，170米二次成巷大約需要60天，一次成巷，只需要40天，減少工期20天；并減少二次成巷設(shè)備的安裝、拆除和部分工序，大大減少了二次幫支護材料消耗及火工品的消耗，有效的降低工人