常村煤矿S6-6工作面锚杆支护技术及应用研究.docVIP

常村煤矿S6-6工作面锚杆支护技术及应用研究 摘 要：针对常村煤矿S6-6工作面巷道支护的特点，进行了S6-6工作面皮带顺槽锚杆支护的设计优化，并在现场进行了应用，取得了良好的支护效果。实践证明，该优化方案能够满足安全生产的要求，这对类似条件的巷道锚杆支护具有重要的参考价值和现实意义。 关键词：巷道；支护；锚杆；优化设计 1 引言 中国煤炭工业在保障中国经济快速增长的同时，也使煤炭的开采条件不断恶化，突出表现在开采深度增加[1, 2]。随着开采深度的增加造成矿山压力明显增大，并且随着开采强度的增加，巷道断面不断增加，再加上地质条件日趋复杂，给巷道支护带来了较大困难[3]。锚杆支护作为一种支护技术，现已逐渐发展成熟，锚杆可以主动地加固岩土体，有效地控制其变形，防止坍塌的发生。由于锚杆支护技术的优越性，目前已在矿山领域中获得了应用。 现有的锚杆支护设计方法很多，如基于以往经验和围岩分类的经验设计法，基于某种假说和解析计算的理论设计法以及以现场监测数据为基础的监控设计法等[3-5]。大量实践经验证明，单独采用任何一种方法都不符合巷道围岩复杂性和多变性的特点，因而达不到理想的设计效果[6]。只有采用包括试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法，才是符合井下巷道围岩特性的科学的设计方法。 2 锚杆支护作用机理设计方法 2.1 锚杆支护作用机理分析 巷道开掘以后，由于受掘进工作面的支撑，顶板下沉和变形很小。此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动[7]。锚杆安装越及时，预应力越大，则锚固范围内岩层的整体刚度越高，岩层处于压缩状态，岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形，岩层的完整性和整体强度得到保持，非常有利于避免掘进头高冒现象的发生。 2.2 锚杆支护设计方法 锚杆支护设计主要采用动态信息法，动态信息法具有两大特点[6]：其一，设计不是一次完成的，而是一个动态过程；其二，设计充分利用每个过程中提供的信息，实时进行信息收集、信息分析与信息反馈。该设计方法包括五部分：巷道围岩地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈与修正设计。围岩地质力学评估包括围岩强度、围岩结构、地应力、井下环境评价及锚固性能测试等内容，为初始设计提供可靠的基础参数；初始设计以数值计算方法为主，结合已有经验和实测数据确定出比较合理的初始设计；将初始设计实施于井下，进行详细的围岩位移和锚杆受力监测；根据监测结果判断初始设计的合理性，必要时修正初始设计。正常施工后应进行日常监测，保证巷道安全。 3 工程应用 以常村煤矿巷道锚杆支护为例，目前S6-6工作面已经开始准备，S6-6工作面的配套巷道S6-6工作面皮带顺槽将要开始掘进，为保证生产的顺利进行及衔接，已经确定了S6-6工作面皮带顺槽的支护参数，支护参数的确定主要参考以前的工程经验，缺乏可靠的理论分析和数据验证，因此造成巷道支护参数过大。为保证S6-6工作面皮顺支护的可靠性、安全性且做到经济合理，需对S6-6工作面皮带顺槽的支护参数进行优化。 3.1 S6-6工作面概况 S6-6工作面主采煤层为3号煤层，3号煤位于山西组的中、下部，为全井田可采。该工作面总体形态为一单斜构造，东北部高西南部低。根据三维地震二次解释结果显示尾巷外侧，距S6轨道上山185-245m、距尾巷37-63m发育有DF14断层。 3号煤上部发育有7、8、9、10、11、12号6个砂岩含水层，除7、8号含水层距3号煤层较近外，其它含水层距3号煤层较远，而7、8号含水层为弱含水层。因此，各含水层水对巷道掘进影响不大。预计正常淋水量为2m3/h，最大淋水量为7m3/h。根据瞬变电磁勘探，尾巷与轨顺上部距S6轨道上山521～1200m发育有9号含水层的强富水区，7、8号含水层基本无富水区。另该工作面属于承压开采区域，3#煤底板标高为+520～+595m奥灰水水位标高为＋651m，～，进行掘进工程时要引起高度重视。 3.2 S6-6皮带运输顺槽原始支护方案存在的问题 通过现场实际考察并结合数值模拟分析，发现S6-6皮带运输顺槽原始支护方案中存在诸多问题，具体如下： 1）根据地质与生产条件等，锚杆支护密度过大，间排距可进行调整，减少顶、帮锚杆数量，并根据现场情况减少锚索的长度，提高支护效果。 2）锚杆尾部支护构件中加装的让压环，垫圈等，没有加装减摩垫片，造成锚杆预紧力转化系数降低，锚杆有效预紧力降低，造成支护效果差。 3）托板或调心球垫结构不合理，导致锚杆螺纹部分容易破断。 4）锚杆打设角度过大，造成锚杆有效长度降低，且压应力区不能联接成一整体顶板锚杆的角度对应力场分布有显著影响。 ）由于锚索长度过长，打设时间过长，锚索施工对掘进效率提升影响较大，因此需对现有锚索参数进行优化，包括位置、长度、预