大斷面切巷掘進及支護方法

1、同煤集團云岡礦科技成果研究報告機掘二隊9科技成果研究報告機掘二隊大斷面切巷施工工藝及支護方法一、立項原因及背景我礦12#層406盤區(qū)8617工作面煤層厚度平均為7.2米，回采工藝為低位放頂煤，綜采二隊為我礦低位放頂煤隊組，回采過程中使用的液壓支架型號為：ZF10000/25/38（北京煤機有限責任公司），采煤機型號為：MG650/1630（1510）-WD（上海創(chuàng)立集團股份有限公司）。因為設備型號較大，為穩(wěn)裝設備，需掘進大斷面切巷，云岡礦機掘二隊負責掘進施工，設計斷面寬X高=8.8X3.5m;巷道設計長度為165m,尾部有30米采煤機碉室，碉室寬X高=10X3.5m（向采煤幫擴幫1.2m）。根

2、據(jù)12#層406盤區(qū)8617工作面掘進地質說明書，所掘進巷道煤層頂、底板情況如下：表1煤層頂?shù)装迩闆r表頂、底板名稱巖石名稱厚度（m）巖性描述老頂直接頂中細粒砂巖與砂質頁巖互層24.34-31.13平均26.73工作面的北部以淺灰白色細砂巖為主；中部以灰色的細砂石與砂質頁巖互層為主；南部以細砂巖和含礫粗粒砂巖為主。直接底粉細砂巖互層8.4-14.48平均11.44工作面的北部以灰白色細粒砂巖為主；中部以中-細粒砂巖為主；南部以灰白色粉細砂巖互層為主。老底切巷施工所使用的機組為上海創(chuàng)立EBZ-220機組，由于切巷較寬，一次性成巷的難度增加；另由于切巷寬度為我礦厚煤層切巷最寬的，壓力增大，所需支護的

3、設計需嚴謹并達到計算要求。綜上所述，為解決面臨的困難，針對以上遇到的生產難題，設計出以下生產方法。二、革新內容及創(chuàng)新點1、革新內容：一、掘進方法：切巷機窩的掘進方法，具體內容為：在順梢到位拐切巷時先使用炮掘開口，炮掘時，先放炮施工切巷的左半面，每茬放炮距離不得超過1m,待支護完全后，再放炮施工切巷的右半面并支護完全，每茬放炮距離不得超過1m,待掘夠11-12m時，把掘進機開進機窩內，然后延伸順梢皮帶尾至切巷口，待皮帶尾固定好后，在皮帶尾滑道靠近切巷一側，用道木打一個寬2-2.5m的長1-1.5m的木垛，靠近皮帶尾處與皮帶尾同高，垛子面用把釘把廢舊皮帶釘牢，保證垛子穩(wěn)固，在垛子周圍留一定量的浮煤

4、，確保垛子面平整，同時在掘進機中心梢部固定一根鋼絲繩用來固定耙斗，當掘進機切割落煤后由中心梢出在機后，同時啟動耙斗機隨著掘進機尾的擺動由耙斗機把掘進機機后煤直接出到順梢皮帶上，直至掘夠25-30m后，穩(wěn)裝皮帶頭、跟機滑道、轉載機，在穩(wěn)裝的同時清理木垛周圍浮煤。（見示意圖1）掘進機尾帶皮圖1切巷正巷掘進方法為：機掘切巷左半面5m寬度，空頂距離不得超過1米，待支護完全后，再掘進切巷右半面3.8m寬度，空頂距離不得超過1米。（見示意圖2）圖2二、支護設計前135米切巷，即8.8米寬切巷的支護設計:1、錨桿支護設計（1）按錨桿懸吊作用計算錨桿長度L:L=li+l2+I3式中：li錨桿外露長度，考慮W型

5、鋼帶、墊片支護，li取50mm,I2一易碎直接頂厚度，12取550mmo13深入穩(wěn)定巖層長度，按錨固粘結力（兀drcI3）等于桿體屈服或d22/口兒一小生拉斷承載力（42）而得的公式估算：d_18618.7513=4c=45=557mm式中:d錨桿直徑，18mm；(72一桿體材料的設計抗拉強度，。18螺紋鋼錨桿設計抗拉強度為618.75Mpa。八一錨桿與樹脂的粘結強度，螺紋鋼取5.0Mpa。錨桿長度確定為L=li+l2+l3=60+550+557=1167mm,所以采用1700加的螺紋鋼錨桿。(2)按錨桿桿體承載力與等抗拉拔力強度原則確定錨桿直徑d2錨桿錨固力Q等于錨桿桿體承載力巳P=Tdt,

6、由P=Q得:Qd 1 .13式中：Q錨桿錨固力即抗拉拔力，取8.67t相當于85000N;。t錨桿桿體材料的設計抗拉強度，按普通低碳鋼抗拉強度取值420Mpa。Q85000d1.131.13.60.01608m16.08mmt420106錨桿直徑選擇為18mm大于16.08mm,可滿足支護需要依據(jù)以上計算，選用©18X1700mm的螺紋鋼錨桿。(3)頂板錨桿間排距計算：:QKH民一錨桿間、排距，m;Q一錨桿錨固力即抗拉拔力，取8.67t相當于85000N;K錨桿支護安全系數(shù)，取2噸/立方米;Y 巖體重力密度,KN/m3,取 1.3KN/m3;H一軟弱巖層厚度,H=B/2f , B=巷

7、道跨度，£=圍巖普氏系數(shù)，取3,H=1.47m85 2131 .471.5 m故根據(jù)計算得知，錨桿間、排距最大不得超過1.5m(4)以上計算得出的數(shù)據(jù)，通過以下公式進行驗算:(a)每根錨桿的支護面積：S支=LXD=0.95X1.0=0.95平方米L、D-錨桿排、間距(b)每根錨桿支護的重量Q支=$支><HXRXK=0.95X1.65X1.3X2=4.1噸H-錨桿支護長度1.65米K-錨桿支護安全系數(shù)，取2噸/立方米R-煤的容重取1.3噸/立方米(c)由于錨桿的錨固力Q=8.67噸/根故、=8.67噸、支(d)單位面積支護能力P=1/S支=1.05根/平方米根據(jù)計算和驗算結

8、果及鄰近巷道施工經驗，12#層406盤區(qū)8617切巷錨桿排距1.0m,間距0.95m,可以有效控制頂板。錨桿沿巷道中心線布置，即每排9根錨桿，錨桿打設采用礦用W型鋼帶，為兩根五眼鋼帶，眼距0.95m,兩根鋼帶有一個公用的疊加眼，這樣施工，可以使錨桿+鋼帶的支護在頂板產生連接作用。2、錨索支護設計(1)錨索長度確定。錨索長度:Ls=Lsi+Ls2+Ls3式中：Ls-錨索長度，m;Lsi-錨索外露長度，取250mm;Ls2-錨索有效長度，巷道煤層最厚處為8600mm，巷道高度3500mm,所以需錨固煤層厚度為5100mm,錨索最少錨固穩(wěn)定巖層800mm,故取5900mm;Ls3-錨索錨固長度，一般

9、取1200mm。則Ls=250+5900+1200=7350mm所以，選擇長度8000mm強力鋼絞線。(2)錨索排距的確定。錨索支護主要按懸吊理論計算，巷道基本支護為錨桿支護時，且本巷道煤層較厚，冒落方式取最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落作為考慮，因為巷道錨桿和角錨桿均沒有錨固在穩(wěn)定巖層中，故錨桿不做考慮，錨索發(fā)揮懸吊作用，忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向的平衡，則錨索排距：L2nF2/BHR式中：L2一錨索排距，m;n錨索排數(shù)，取4同煤集團云岡礦科技成果研究報告F2一錨索極限承受力，取329.8KN;B一巷道冒落寬度，取8.8m;H一巷道冒落高度，取5.1m;R一煤的容重，

10、取13KN/m3。所以L2=(4X329.8)/(8.8X5.1X13)=2.26m所以錨索排距取2m。(3)錨索數(shù)目的確定。N=Kw/P斷式中：N-錨索數(shù)目K-安全系數(shù)，一般取2P斷-錨索的最低破斷力，約329.8KNW-被懸吊巖層自重，KNW=B-Eh-Er-DB-巷道掘進寬度8.8米2h-懸吊的巖層厚度，h=B+2f,其中f-普氏硬度系數(shù)，取3.Er-懸吊的巖層的平均容重約13KN/m3D-錨索排距2.0米N=Kw/P斷=(2X8.8X1.47X13X2)/329.8=2.04根據(jù)結果得出，每米巷道錨索數(shù)目為2根。從以上計算結果與12#層406盤區(qū)8617切巷掘進地質說明書分析，選擇8m

11、的錨索支護，錨索規(guī)格為爐17.8mm,保證錨索錨固在老頂穩(wěn)定巖層中，達到有效控制頂板。根據(jù)我礦的支護經驗及計算結果確定，12#層406盤區(qū)8617切巷錨索排距2m,每排4根錨索，間距2000,沿巷道中心線布置錨索。錨索支護采用3m長11#礦用工字鋼，鋼梁眼距2m。即每2m打設兩根兩眼鋼梁。3、錨索組及帶帽點柱的設計錨索組：切巷寬度大，頂板支護的難度大。為更好的維護頂板，使巷道掘進工作安全完成，故增加錨索組支護，即從切巷開口到切巷尾，在巷道頂板中間打設一排錨索組，錨索組托板為10mm厚鋼板，長500mm,寬300mm,每個錨索組為兩眼，眼距300mm,打設兩根10米鋼絞線，錨索規(guī)格為爐17.8m

12、m,組距4米，布置在兩排錨索中間；帶帽點柱：為更直觀的觀測頂板情況，在巷道中心位置支設一排帶帽點柱，柱距4m，布置在兩排錨索中間。點柱位置與錨索組位置交錯排列。垂直底板打帶帽點柱，柱根要支在硬底上。4、護幫設計采煤幫采用可回收錨桿（水泥托板）掛塑料網(wǎng)，古塘幫采用普通圓鋼錨桿（水泥托板）掛塑料網(wǎng)，巷道從頂板往下0.5米開始，由上向下打二排錨桿，錨桿排距1.1米，間距1.4米。（見下意圖3、4）8617切巷頂板支護平面示意圖00000000000o0000000000錨索組1:100鋼板厚10mm索五孔鋼帶長4200錨索梁長4200. "cODO巷中水泥托板塑料網(wǎng)、錨索組M7.8 X 1

13、0000排距4000螺紋鋼錨桿 .8 X 1700 排距1000古 塘 幫17.8 X8000排距2000P*可回收錨桿 .18 X1700 排距1100長 3000五孔鋼帶采 I煤 幫品 _fc-l普通圓鋼錨桿；18 X1700排距1100帶帽點柱柱距4000尾部30米采煤機碉室，即10米寬切巷的支護設計:1、錨桿支護設計設計計算方法與切巷正巷錨桿計算方式相同，得出以下結論:錨桿排距1.0m,間距0.95m。采煤機碉室中，錨桿沿巷道中心線布置，每排10根錨桿，錨桿打設采用礦用W型鋼帶，為兩根四眼鋼帶和一根三眼鋼帶，眼距0.95m,三根鋼帶互相疊加一個眼使用，形成十眼鋼帶效果，這樣施工，可以使

14、錨桿+鋼帶的支護在頂板產生連接作用2、錨索支護設計仍然同以上錨索支護設計計算，得出如下結論：根據(jù)結果得出，采煤機碉室中，每米巷道錨索數(shù)目為2.5根選擇8m的錨索支護，錨索規(guī)格為爐17.8mm,保證錨索錨固在老頂穩(wěn)定巖層中，達到有效控制頂板。8617切巷采煤機碉室中錨索排距2m,每排5根錨索，錨索間距16002000mm,1600mm為三眼工字鋼眼距，2000mm為兩眼工字鋼眼距，沿巷道中心線布置錨索。采煤機碉室中錨索支護采用的鋼梁型號為：3m長兩眼工字鋼、3.8m長三眼工字鋼。3、錨索組及帶帽點柱的設計采煤機碉室中錨索組及帶帽點柱設計與正巷相同。4、護幫設計護幫設計與正巷相同（見示意圖5）機掘

15、二隊17采煤機碉室17.8 X8000三眼錨索梁4四孔鋼帶長3200卜叫一采普通圓鋼錨桿可回收錨桿擴者:幫中塑料網(wǎng)塑料網(wǎng)18 X1700排距1100.18 X1700排距1100三孔鋼帶長2300四孔鋼帶長3200幫IV.帶帽點柱柱距4000； 處 水泥托板,螺紋鋼錨桿18 X1700 排距1000錨索組17.8 X 10000 排距4000311口口圖5三、應用情況我隊使用這種方法掘進了12#層406盤區(qū)8617切卷，效果良好，不僅大大的提高了掘進速度，降低了員工的勞動強度，而且減少了頂板壓力所帶來的安全隱患，能夠很好的掌握巷道成型，很好的進行巷道支護，減少了材料費用的投入，同時能夠保質保量

16、的完成礦下達的掘進任務，緩解了礦采掘銜接的緊張局面。使用此方法掘進了12#層406盤區(qū)8617切巷后，我礦繼續(xù)應用此方法掘進了12#層406盤區(qū)8623切巷；12#層406盤區(qū)8625切巷，巷道成型良好，頂板及兩幫的維護良好，能夠為我礦及相似礦井綜采工作面切巷掘進提供經驗和幫助。四、存在的問題及推廣前景在機窩掘進過程中，在皮帶尾、滑道、木垛周圍，存有一定量的浮煤，但不影響掘進速度。支護作業(yè)過程繁瑣，需加強工人及現(xiàn)場跟班干部的貫徹學習，保證每根錨桿、每根錨索的預緊力及錨固力達到規(guī)程規(guī)定。該掘進法可廣泛應用于大功率機組掘進大寬度切巷，既保證施工質量和支護質量，為綜采設備的穩(wěn)裝提供安全保障，也保證了施工速度，緩解了礦采掘銜接的緊張局面，進而順利穩(wěn)裝準備和回采，對于云崗礦安全和經濟社會效益意義重大。五、經濟社會效益（一）經濟效益1 .單進提高：單進水平較大幅度提高，平均日進尺能達到6米，做到了用一個月時間完成一