饒家運(yùn)

(淮南東辰集團(tuán)恒力偉業(yè)實(shí)業(yè)公司, 安徽淮南 232072)

新楊煤礦薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)開采實(shí)踐

饒家運(yùn)

(淮南東辰集團(tuán)恒力偉業(yè)實(shí)業(yè)公司, 安徽淮南 232072)

薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)開采是煤礦開采支護(hù)的一種方式,其關(guān)鍵是巷道布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和支護(hù)方式的合理選用;薄煤層采用錨網(wǎng)支護(hù)工藝,提高了掘進(jìn)效率,增強(qiáng)了支護(hù)強(qiáng)度,加強(qiáng)了頂板管理,降低了成本。

薄煤層錨網(wǎng)支護(hù); 掘進(jìn)效率; 頂板管理

一 薄煤層開采的意義

煤炭資源是不可再生資源,它的儲(chǔ)藏量是有限的。我國(guó)薄煤層的儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的20%。隨著煤炭資源的枯竭,為了提高煤炭資源回收率,薄煤層資源非常重要。

隨著老區(qū)逐步延深,瓦斯涌出量大,薄煤層當(dāng)做解放層開采。一是為了解決煤層突出瓦斯問(wèn)題;二是提高薄煤層資源回收率。

薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)開采工藝替代了工字鋼棚支護(hù)后,提高了掘進(jìn)效率,增強(qiáng)了支護(hù)強(qiáng)度,加強(qiáng)了頂板支護(hù)管理。煤巷錨網(wǎng)回收方便,降低了成本。如新楊煤礦薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)開采工藝有效的控制頂板,擴(kuò)大了支護(hù)斷面,對(duì)推廣應(yīng)用該工藝有十分重要意義。

二 薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)

煤炭開采中,巷道支護(hù)很重要,它直接關(guān)系到煤礦安全生產(chǎn)中頂板管理工作。一般情況下開采薄煤使用的支后護(hù)方法為工字鋼棚或∪型棚,此種支護(hù)方法影響掘進(jìn)速度,且支護(hù)材料消耗大、巷道維護(hù)工作量大。特別是采準(zhǔn)巷道量大,且受采動(dòng)影響,巷道容易變形,對(duì)采煤影響較大。薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)開采工藝替代了工字鋼棚支護(hù)后,提高了掘進(jìn)效率。

薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)增強(qiáng)了支護(hù)強(qiáng)度,加強(qiáng)了頂板支護(hù)管理。操作方便,施工簡(jiǎn)單。有效的增加了通風(fēng)斷面,安全、可靠,煤巷錨網(wǎng)回收方便。擴(kuò)大了支護(hù)斷面,降低了成本。

三 應(yīng)用實(shí)例

(一) 地質(zhì)概況

新楊煤礦井田位于淮南復(fù)向斜南翼,八公山單斜構(gòu)造中段,地層屬二疊系石盒子組。D20煤層走向330°～360°,傾向NE,傾角12°～19°,煤層厚度0.1～2.0 m。井田南起F10-5斷層,北至F10-4斷層,平均走向1 600 m,深部走向變長(zhǎng),幾何形狀為正梯形。-194 m以上井田被F10-5(5)斷層切割成南、北兩塊;-194 m以下南部又被F10-5(8)斷層切割成南、中、北三塊,這些斷層的斷距均在40 m以上?？拷@些斷層,次生羽狀小斷裂較發(fā)育,并伴生小褶曲。

本井田南部煤層厚度0.7～2.0 m,全部可采,平均厚度1.4 m;北部煤層厚度0.1～2.0 m,開采厚度0.7～1.6 m,變薄帶不采,平均厚度1.1 m。該煤層膠結(jié)好、硬度大,經(jīng)觀察,巷道煤壁歷經(jīng)數(shù)年均未出現(xiàn)風(fēng)化散落。

D20煤層頂部有一層0.05～0.2 m厚的黃褐色泥巖層,可隨開采冒落,其上為一層9～10 m的細(xì)砂巖直接頂板;直接底為一層2～3 m的中粒砂巖。

(二) 薄煤層錨網(wǎng)支護(hù)方法

1 巷道布置的生產(chǎn)技術(shù)條件

該巷道為礦井南翼主要運(yùn)輸巷道,采用1 t礦車運(yùn)輸。根據(jù)煤層傾角和運(yùn)輸需要,采用跟頂?shù)固菪螖嗝?凈寬2.4 m,下幫1.6 m,上幫2.4 m,凈斷面4.8 m,能夠滿足運(yùn)輸和通風(fēng)的需要。

根據(jù)錨桿支護(hù)原理,計(jì)算錨桿支護(hù)參數(shù)如下:

巖石載荷高度H的確定。

其中:MBR為地質(zhì)力學(xué)分級(jí)指標(biāo),D20取30;

B為巷道跨度 B=2.4;

確定理論錨桿長(zhǎng)度Lb。Lb=0.35,B=0.84 m;

考慮煤層厚度變化等因素,實(shí)際取1.6 m;

錨桿排距Sb1的確定。Sb1=0.7 m;

錨桿間距Sb2的確定。根據(jù)錨桿懸吊理論:

其中:Sb2錨桿間距,設(shè)計(jì)取0.7 m;Cb錨桿承受能力,取50 kN;X圍巖容重取23.62 kN/m3;F安全系數(shù)2～3,取2;

錨桿直徑的確定。根據(jù)材料力學(xué)得出錨桿直徑:

其中p取0.1 MPh;

Jb為圓鋼錨桿屈服點(diǎn),取410 MPa;設(shè)計(jì)中選用Φ16 mm圓鋼錨桿;

錨桿布置考慮頂板上、下肩窩排排有錨桿,錨桿采用正方形布置。錨桿孔徑為28 mm,每排使用10根樹脂錨桿,錨條1 600 mm×100 mm,采用Φ12 mm圓鋼焊接,錨網(wǎng)1 600 mm×900 mm,Φ6 mm鋼筋焊接,網(wǎng)眼100 mm×100 mm,網(wǎng)間壓茬100 mm。

2 巷道支護(hù)施工工藝

臨時(shí)支護(hù)→標(biāo)定錨桿眼眼位→打錨桿眼→清孔→裝樹脂藥卷→插入錨桿→攪拌樹脂→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→安設(shè)錨條→安裝托板及螺母→緊螺母。錨梁網(wǎng)支護(hù)巷道的變形規(guī)律與其它形式支護(hù)的巷道的變形規(guī)律基本相似,因D20槽煤頂?shù)装鍘r性較好,巷道開挖后,圍巖的位移量很小,表面觀察,整個(gè)掘進(jìn)期間,無(wú)明顯變化。只是在回采時(shí)受動(dòng)壓影響,巷道局部上幫有點(diǎn)變化,但整體看,巷道的收縮率很小,巷道周邊的圍巖保持的也很完好,這充分說(shuō)明錨梁網(wǎng)支護(hù)對(duì)抑制圍巖的變形和破壞有明顯的效果。

(三) 效益分析

1 支護(hù)技術(shù)效果

錨梁網(wǎng)支護(hù)是一種新的支護(hù)形式,它可以主動(dòng)加固圍巖,并能利用圍巖自承能力支護(hù)巷道,圍巖經(jīng)組合錨桿錨固后,即形成組合巖梁,該巖梁改善了圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài),呈讓壓式承受上覆巖層的載荷,它對(duì)于保持圍巖的完整性也有明顯的效果。同時(shí)又減輕了工人的體力勞動(dòng),改善了生產(chǎn)環(huán)境,減少了巷道的維修量。

2 經(jīng)濟(jì)效益

一是節(jié)約了支護(hù)材料,降低了成本,錨梁網(wǎng)支護(hù)的巷道,每米初次投入鋼材為45.3 kg(包括錨桿、錨條和錨網(wǎng)等),工字鋼支護(hù)的巷道,每米初次投入鋼材為344.5 kg,后者每米巷道使用的鋼材為前者的7.3倍,工字鋼支架每米初次投入的成巷費(fèi)為1 730元,錨梁網(wǎng)支護(hù)每米初次投入的成巷費(fèi)為535元,前者每米巷道初次投入的成巷費(fèi)用為后者的3.2倍。

二是減少了巷道的維修量,采用工字鋼棚費(fèi)用高,且占用時(shí)間長(zhǎng),下階段回采時(shí)才能回收復(fù)用,使用坑木支護(hù)一年必須大修一次,使用錨梁網(wǎng)支護(hù),基本上不用大修,上階段回采后,下階段只需清理、整軌,就可為下階段服務(wù)。

四 結(jié)論

錨梁網(wǎng)支護(hù)能主動(dòng)、及時(shí)地加固巷道周邊的圍巖,并能利用圍巖的自身承載能力使錨網(wǎng)與圍巖組合巖梁,并能形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)既能承受上覆巖層的載荷,又具有一定的變形讓壓能力,較好地保持圍巖的完整性,因此它是一種剛?cè)峤Y(jié)合的新的支護(hù)形式。安全、快捷。

施工中在頂板比較完整一段頂板只打錨桿,不加網(wǎng)和錨條,下幫不支護(hù),為裸面;上段工作面回采后,也無(wú)大的變化。因此,向D20槽煤層頂?shù)装暹@樣的巖性,在正常情況下,建議采用頂板只設(shè)計(jì)單體錨桿,不用錨條和錨網(wǎng)組合,上幫仍采用錨梁網(wǎng),下幫不支護(hù)。這樣每米又可減少錨桿3根,錨網(wǎng)1.4塊,錨條1.4根,支護(hù)材料費(fèi)用更低。在巷道交叉口或過(guò)斷層帶時(shí)前、后增加錨索,增加圍巖的穩(wěn)定性、安全性。提高了掘進(jìn)效率,增強(qiáng)了支護(hù)強(qiáng)度,加強(qiáng)了頂板管理,降低了成本。

[1] 何滿潮,袁和生.中國(guó)煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[2] 何滿潮,袁和生.中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[3] 淮南礦業(yè)學(xué)院井巷設(shè)計(jì)編寫組.井巷設(shè)計(jì)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1983

[4] 張榮立,何國(guó)偉,李鋒.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2008.

TD353

B

1671-4733(2010)04-0021-02

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.007

2010-11-12

饒家運(yùn)(1959-),男,安徽淮南人,助理工程師,從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作,電話:15855411688。