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        煤礦巷道錨網(wǎng)索支護優(yōu)化研究

        2018-04-02 08:38:01
        機械管理開發(fā) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:網(wǎng)索錨索錨桿

        金 蒙

        (山西潞安高河能源有限公司, 山西 長治 047100)

        引言

        在煤礦巷道支護中,錨網(wǎng)索支護方案是主要的支護手段,但是由于巷道的開采深度以及位置的變化,導(dǎo)致整體支護情況受到一定的影響,在此情況下,應(yīng)該對煤礦巷道錨網(wǎng)索支護情況進行優(yōu)化研究。

        1 工程概況

        山西潞安高河能源有限公司煤礦位于山西市,在全區(qū)中,東南翼以及水洞溝深部勘測區(qū)從+750 m到地面,煤層由傾斜變成直立狀態(tài),另外,在斷層附近,存在較大的傾斜角變化,深部勘探區(qū)的地段傾斜度為12°~20°,平均傾斜度在16°左右,在落差20 m以上的環(huán)境中,主要具有3個斷層,斷層為南北走向,在該地區(qū)中,西部和深部的巖漿活動相對強烈,而在東部地區(qū)較微弱。

        2 工作內(nèi)容

        2.1 錨桿阻力檢測

        在支護中,主要應(yīng)用錨桿測力計檢測軸向力,在煤礦+200 m開采區(qū)中,對于86巷道設(shè)計兩個監(jiān)測點,每隔30 m左右一個斷面,在頂板以及兩側(cè)安裝錨桿,應(yīng)用阻力檢測儀進行檢測,其受力情況如表1所示。

        表1 煤層特征分析表

        在對煤層特征分析后,需要對頂?shù)装宓那闆r進行分析,其具體情況如表2所示。

        從上述表格的分析中可以發(fā)現(xiàn),在巷道的整體變化中,應(yīng)力主要由兩幫承擔,頂部錨桿的支護效果已經(jīng)失效,巷道頂板在淺部已經(jīng)逐漸離層,對巷道的整體產(chǎn)生了較大的影響。

        表2 煤層頂?shù)装迩闆r分析表

        2.2 相對位移檢測

        在巷道的整體支護中,需要對相對位移情況進行檢測,以此來確定整體的使用情況,在86巷道支護中,間隔30 m具有位移斷面檢測,在頂板基點附近安裝錨桿,在中央位置錨固1 m短錨桿檢測頂?shù)装宓奈灰屏恳约跋锏赖淖冃吻闆r,根據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn),在巷道的支護中,存在底鼓情況較為嚴重現(xiàn)象,致使巷道出現(xiàn)圍巖的松動,對巷道整體的承載力產(chǎn)生一定的影響[1],進而導(dǎo)致巷道的載荷高度增加,因此,在設(shè)計的過程中,初期的支護方案存在一定的不合理性。

        2.3 圍巖松動圈

        圍巖松動圈表示應(yīng)力超過一定的范圍,現(xiàn)有的支護手段已經(jīng)難以滿足支護需求,其主要表現(xiàn)在破碎巖塊嚙合不垮落,但是裂縫逐漸擴張,在86巷道的設(shè)計中,松動圈值達到150 cm左右,屬于一般穩(wěn)定圍巖,通過設(shè)計錨桿,可以對其整體支護參數(shù)進行分析,其具體數(shù)據(jù)如表3所示。

        表3 86巷道力學(xué)參數(shù)分析表

        通過上述的分析可以發(fā)現(xiàn),在巷道的設(shè)計中,可以采用組合拱理論來進行設(shè)計,以便滿足巷道的錨網(wǎng)索支護需求。

        3 設(shè)計優(yōu)化

        3.1 材料選擇

        錨桿選擇:直徑20 mm;強度為335 MPa,采用左旋無縱筋螺紋鋼。

        錨索選擇:設(shè)計預(yù)拉力大于200 kN,預(yù)拉力為130 kN,采用樹脂錨固劑加長錨固。

        3.2 優(yōu)化方案

        在86巷道的整體錨網(wǎng)索支護優(yōu)化中,需要對錨桿的支護方案進行優(yōu)化設(shè)計,在設(shè)計過程中,主要采用FLAC數(shù)值模擬軟件進行分析,在分析中,可以確定圍巖的應(yīng)力和位移情況,通過軟件的分析可以發(fā)現(xiàn),測量模型的長寬高分別為30 m、10 m和22 m,選用的頂板錨桿直徑為20 mm,長度為2 200 mm。在兩幫的錨桿設(shè)計中,直徑設(shè)計為20 mm,長度為2 200 mm;在錨索的選擇中,直徑和長度分別為15.4 mm和6200 mm;在金屬網(wǎng)的選擇中,主要選擇50 mm×50 mm的網(wǎng)格尺寸[2-3]。在錨網(wǎng)索工具選擇完成后,需要對整體的設(shè)計方案進行優(yōu)化,因此需要通過計算機軟件來確定相應(yīng)的參數(shù),以此來優(yōu)化方案設(shè)計。

        4 參數(shù)優(yōu)化

        在86巷道錨網(wǎng)索支護方案優(yōu)化過程中,需要通過軟件對整體的優(yōu)化進行分析,其主要體現(xiàn)在建立模型、確定參數(shù)以及模擬分析等幾個方面。

        1)模型建立方面,在86巷道的錨網(wǎng)索支護方案設(shè)計過程中,需要根據(jù)相關(guān)的資料進行分析,建立現(xiàn)有錨桿、錨索、鋼帶以及模型等支護模式,在計算機分析的情況下,可以確定模型的上邊界具有16 MPa的應(yīng)力,Z軸方向具有一定的載荷。其水平和垂直方向的應(yīng)力情況分析如圖1、圖2所示。

        圖1 垂直應(yīng)力分析圖(Pa)

        圖2 水平位移分析圖(mm)

        2)在錨桿支護優(yōu)化過程中,需要對數(shù)值進行模擬分析,發(fā)現(xiàn)在錨桿的應(yīng)力情況下,可以將錨桿連接成為整體,在壓力的分析下,可以對巷道的圍巖起到較好的支護作用。另外,通過系統(tǒng)的整體優(yōu)化分析可以發(fā)現(xiàn),錨網(wǎng)索優(yōu)化設(shè)計過程中,可以確定應(yīng)該采用直徑20 mm,長度為2 200 mm的錨桿,并且錨桿的間排距為800 mm×800 mm,在錨索間排距的設(shè)計中,應(yīng)該設(shè)計為1 200 mm×1 600 mm[4]。采用該數(shù)據(jù)方案,可以最大程度地保障錨桿的支護強度,從而可以保障巷道的安全性。

        5 支護方案的確定及效果

        在支護方案的確定中,對于掘進正常地段,主要采用20 mm直徑以及2 200 mm長度的錨桿,配合鋼帶以及金屬網(wǎng)進行支護,錨桿的間排距為800 mm×800 mm,在靠近幫角位置,采用傾斜10°的布置,錨索的長度為7.5 m,直徑為15.2 mm。在斷層地質(zhì)的設(shè)計過程中,對于巷道的支護設(shè)計需要根據(jù)實際情況進行分析,在巷道中,通常存在圍巖狀況差以及底鼓的現(xiàn)象,需要對常規(guī)的支護方案進行調(diào)整,需要在巷道兩幫底角固定直徑20 mm以及長度2 200 mm的錨桿,發(fā)揮錨桿的控制作用,其可以有效地提升支護的穩(wěn)定性。其具體支護方案優(yōu)化如下:

        1)在長錨索的優(yōu)化中,原設(shè)計采用14 mm直徑的錨索,載荷約為300 kN,經(jīng)過改進后,采用15.2 mm駐滬辦發(fā)的高強度低松弛預(yù)應(yīng)力強力錨索,其載荷達到600 kN,延伸率達到7%,提升錨索強度和可塑性[5]。

        2)在托盤的改進中,選擇Q2345錳鋼,中部制作為弧形,可以提升托板的承載能力以及讓壓性能,另外可以改進錨索的受力狀態(tài)。

        3)在錨桿數(shù)量的設(shè)計中,采用直徑20 mm的錨桿,其載荷為600 kN左右,提升了錨桿的強度。

        在支護方案確定后,需要對巷道的支護效果進行優(yōu)化,對86巷道進行位移檢測,通過監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn),巷道的兩幫位移量為210 mm,位移的速度為22 mm/d,頂板的下沉量為182 mm,移動速度為15 mm/d,通過對巷道位移的分析中可以發(fā)現(xiàn),巷道支護的變形情況在可控的范圍內(nèi),說明巷道的支護穩(wěn)定性相對較為良好。

        另外,經(jīng)過巷道錨網(wǎng)索支護優(yōu)化,巷道的總體變形速率呈現(xiàn)降低的趨勢,并且巷道內(nèi)的變形趨于穩(wěn)定,對于已經(jīng)施工部分,穩(wěn)定性較為良好,未出現(xiàn)明顯的變形。

        6 結(jié)論

        在煤礦巷道錨網(wǎng)索支護優(yōu)化設(shè)計中,需要對常規(guī)的支護方案進行優(yōu)化,以此來提升巷道支護的穩(wěn)定性。本文主要結(jié)合山西潞安高河能源有限公司煤礦的86工作面進行分析,通過分析可以發(fā)現(xiàn),在支護方案優(yōu)化設(shè)計中,需要對巷道支護的位移以及阻力進行檢測,在確定其問題后,通過計算機軟件來實現(xiàn)對支護方案的優(yōu)化設(shè)計。在巷道的優(yōu)化設(shè)計中,需要選擇20 mm直徑以及2 200 mm長度的錨桿,配合鋼帶以及金屬網(wǎng)進行支護,錨桿的間排距為800 mm×800 mm,在靠近幫角位置,采用傾斜10°的布置,錨索的長度為7.5 m,直徑為15.2 mm。而在斷層支護中,需要添加錨桿進行綜合調(diào)控。

        [1]陳青峰.錦瑞煤礦巷道圍巖分類與錨網(wǎng)索支護技術(shù)應(yīng)用[J].煤炭工程,2016(12):46-49.

        [2]張顯峰.東歡坨礦動壓大變形巷道錨網(wǎng)索支護參數(shù)優(yōu)化及實踐[J].華北科技學(xué)院學(xué)報,2012(3):6-10.

        [3]解志明.大斷面巷道錨網(wǎng)索支護優(yōu)化設(shè)計[J].山東煤炭科技,2015(12):54-56.

        [4]孟祥閣.趙樓煤礦沿空巷道錨網(wǎng)索支護技術(shù)研究及工程實踐[J].采礦技術(shù),2016(4):27-30.

        [5]康虹,胡尚斌,陳建,等.復(fù)雜地質(zhì)條件下回采巷道錨網(wǎng)索支護參數(shù)優(yōu)化研究與應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2015(20):84-85.

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