全煤掘进永久大巷锚网支护技术研究

发布于:2021-12-09 08:36:22

全煤掘进永久大巷锚网支护技术研究 摘要:针对霍尔辛赫煤业东辅运大巷全煤掘进大巷的断面大, 煤帮高,不稳定,煤岩体比较破碎,支护困难的特点,依据强力一 次支护理论及原则,采用高预应力强力锚杆锚索组合支护系统支 护,并进行矿压监测,监测结果,强力支护系统能够很好的抑制围 岩的离层破碎,防止巷道变形破坏。 关键词:全煤掘进 永久大巷 锚网支护 高预应力 0 引言 霍尔辛赫井田位于山西省长子县东部,属于太行山中段西侧长 治盆地的西侧,叠加有轴向为南北向、北北东向两组宽缓褶皱。主 要开采煤层为 3#煤层,位于山西组下部,煤层厚度 4.49-7.17m, *均 5.6m,煤层结构简单。矿井设计能力为 300mt/a,根据开采煤 层赋存特点、顶底板岩性,确定大巷大部分沿煤层布置。由于开拓 大巷巷道断面较大,辅运大巷宽度 5.2m,*均高度 5.6m,断面积 达 29.12m2,局部段断面更大,再加上煤层比较破碎,矿山压力比 较大,在施工初期阶段就发生巷道变形,顶板下沉,两帮* 板鼓出现象,给巷道的支护和维护带来了极大困难,严重影响矿井 的正常建设及生产。 1 现场地质与生产条件 ■ 图 1 霍尔辛赫开拓大巷布置图 试验地点为霍尔辛赫东辅运大巷,全煤断面掘进。巷道布置* 面如图 1。各大巷之间煤柱均为 60m,埋深约 450m。东辅运大巷沿 3#煤层全煤断面掘进,煤层厚度 4.49~7.17m,*均 5.6m,巷道* 均掘进断面为 5.2×5.6m。煤层直接顶为厚度约 15m 砂质泥岩,呈 灰黑色,并且裂隙发育;老顶为厚度约 3m 的泥岩,灰黑色、无岩 芯;泥岩之上为砂质泥岩,厚度约为 1m,灰黑色、岩芯成小片状, 有自然裂隙;砂质泥岩之上为泥岩,厚度约为 2.6m,灰黑色、水* 纹理发育,可见植物化石,基本无岩芯;再往上为泥质砂岩,厚度 为 2.6m,灰色,夹薄层细砂岩。在霍尔辛赫辅运大巷采用水压致裂 测得巷道地应力结果为:垂直主应力为 11.10mpa 最大水*主应力 为 12.50mpa,方向为 n27°e,最小水*主应力为 7.20mpa。 2 支护原则 针对霍尔辛赫煤业东西辅运大巷的生产与地质条件,结合锚网 支护特点,采用强力一次支护理论,依据以下原则进行支护:①一 次支护原则,即初始支护时保证巷道支护强度,防止巷道变形破坏 后进行二次支护及修巷等。②高预应力及预应力扩散原则,即要求 支护系统具有较高的预应力及预应力扩散能力,从而保证支护系统 的刚度及具有抵御巷道变形的能力。③高强度高刚度低密度原则, 即尽可能通过提高支护材料的强度及支护刚度,来降低支护密度, 从而提高掘进速度。④可操作性原则,即整个支护方案应具有可实 现性。⑤经济合理性原则,即在满足安全的前提下,尽可能降低支 护成本。 3 支护设计方案 根据理论分析与数值模拟结果,并结合现场工程实践,确定霍 尔辛赫煤业东辅运大巷采用高预应力强力锚杆锚索组合支护系统。 东辅运大巷分两次掘进,首次掘进高度为 3.2m,二次掘进高度为 2.4m。 顶帮锚杆均采用强力锚杆和强力锚索进行支护。锚杆材质为 msg500#钢的左旋无纵筋螺纹钢,直径为 22mm,长度为 2400mm,屈 服强度不低于 500mpa,破断强度不低于 610mpa。顶板锚杆采用一 支 k2335 及一支 z2360 的树脂锚固剂进行树脂加长锚固,帮锚杆采 用一支 z2360 的树脂锚固剂进行端部锚固。锚杆预紧扭矩不得低于 400nm。锚索材质为φ 21.6mm 的 1×19 股高强度低松弛预应力钢绞 线,锚索极限破断载荷不低于 550kn,延伸率不低于 7%,顶帮锚索 长度分别为 7300mm 和 5300mm。锚索均采用一支 k2335 和两支 z2360 的树脂锚固剂进行锚固。顶板锚杆间排距均为 900mm,每排打设 6 根锚杆,角锚杆距巷帮为 350mm;顶板锚索每两排两根,间距为 1800mm,排距也为 1800mm,设计锚索预紧力为 300kn。帮锚杆排距 为 900mm,首次掘进时锚杆间距为 850mm,二次掘进时间距为 800mm, 全部垂直巷帮打设。每帮每排打设 7 根锚杆。帮锚索每帮每两排打 设 3 根,间距为 1625mm、1275mm 及 1550mm,排距为 1800mm,设计 预紧力为 250kn。巷道支护断面布置图如图 3 所示。 4 井下监测数据分析 为了分析评价支护效果,在霍尔辛赫东辅运大巷能够中安设了 综合测站,对巷道表面位移、顶板离层及锚杆、锚索受力等进行了 监测。 4.1 表面位移监测 从表面位移监测结果分析,巷道两帮*孔畲笪 10mm 和 8mm, 顶板最大下沉量为 6mm。巷道掘进至 30m 位置后,巷道两帮* 和顶板下沉量基本趋于稳定,总体看,东辅运大巷表面位移量很小。 4.2 顶板离层监测 顶板离层监测发现东辅运大巷在掘进期间锚固区范围内外离层 均为最大为 12mm 和 7mm,均在安全范围内,说明锚杆支护合理,施 加较高的预紧扭矩能够保持巷道顶板的完整性,防止其发生离层破 碎。 4.3 锚杆受力监测 ■ 图 3 锚杆测力计监测曲线 锚杆测力计编号如图 2 所示,其中 14#测力计受损无法监测,其 余锚杆受力监测曲线如图 3。从中可以看出,锚杆初始预紧扭矩为 400nm 时,初始预紧力为 40kn~100kn 之间,此后锚杆受力基本稳 定,其中锚杆受力最大为 110kn,低于锚杆破断载荷,说明锚杆支 护设计合理,能够满足现场施工要求。 4.4 锚索受力监测 锚索测力计编号如图 4 所示,锚索受力监测曲线如图 4。从中可 以看出,在锚索预紧力施加时,锚索初始预紧力为 200~250kn 左 右,锚索受力始终保持在 200kn 左右,说明锚索初始预紧力设计基 本合理,可以控制巷道围岩离层、变形破碎的发生,充分发挥主动 支护作用。 5 结论 ①霍尔辛赫煤矿东辅运大巷,巷帮高,煤岩破碎,服务年限比 较长,对支护要求非常高,依据强

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