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深井軟巖煤巷兩種不同參數下的支護效果比較

 日期:2018-04-20 16:22:44 人氣:77

深井軟巖煤巷兩種不同參數下的支護效果比較

[ 時間:2009-10-10 點擊:15690 ]

摘 要:隨著煤礦開采深度的進一步加深,深井軟巖煤巷支護問題日益突出,已成為制約礦井安全高效生產的一個難題。本文通過對某礦1262(1)深井軟巖煤巷在兩種不同支護參數下支護效果的比較分析,提出了通過升級支護產品,提高單位面積支護強度,充分利用圍巖自身形成整體支護機構,是可以實現深井軟巖巷道支護長期穩定。
關鍵詞:深井,軟巖,煤巷,支護效果
隨著國內資源需求量的不斷增長,礦井開采不斷向深度加深,深井軟巖煤巷支護問題日益突出,已成為制約現代化礦井安全高效生產的一個難題。原有的支護方式及支護強度已很難適應深井軟巖煤巷的變形特征,無法有效控制巷道圍巖的變形破壞,大多數深井軟巖煤巷只有通過多次修復才能滿足生產,而重復修復無形中大大增加了礦井的生產成本。因此深入研究安全經濟適合深井軟巖煤巷的支護方式已刻不容緩。
1. 工程背景
1262(1) 煤巷埋深-900m 左右,走向長2677m,傾斜長253m,1262(1) 煤巷所在工作面主采煤層為11-2 煤,其平均厚2.6m,平均傾角3°左右,由東北向西南煤層有增厚趨勢,煤層自身強度較低。巷道頂底板均為泥巖,且各發育一煤線。預計掘進區域頂板砂巖正常涌水量為18m3/h,最大涌水量為30m3/h,11-2 煤瓦斯含量平均約5.03m3/t。地溫平均為44.9oC。

2. 兩種不同支護參數為保證巷道后期留巷及滿足通風、行人等要求,結合巷道圍巖地質條件,兩種支護參數下巷道都緊跟11-3煤層頂板施工,巷道采用矩形斷面,斷面尺寸為:凈寬×凈高=5.0m×3.0m。
2.1 方案一
(1)巷道頂板采用7 根Ф20×2500mm 的20MnSi 左旋無縱筋螺紋鋼高錨桿加4.8m 長的平鋼帶,錨桿間排距750× 800mm;
(2)巷道兩幫采用4 根Ф18×2200mm 專用螺紋鋼左旋超錨桿加2.8m 長平鋼帶支護,錨桿間排距:920mm×800mm,。
(3)每2 排錨桿布置一套Ф18×7300mm 的錨索梁,錨索間排距2000×800mm;
(4)巷道采用鐵絲菱形金屬網護表;
(5)每根錨桿采用1 支K2360 和1 支Z2380 藥卷加長錨固,預緊力不低于50kN,錨固力不低于100kN;錨索采用1支K2360和2支Z2380樹脂藥卷加長錨固,預緊力不低于80kN,錨固力不低于200 kN。

2.2 方案二
(1)巷道頂板采用7 根Ф22-M24-2800mmIV 級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加4.8m 長的M5 型鋼帶,錨桿間排距:750mm×800mm;

(2)巷道兩幫采用5 根Ф20-M22-2500mm 左旋錨桿專用螺紋鋼高強預拉力錨桿加2.8m長M4 型鋼帶支護,錨桿間排距:650mm×800mm。
(3)每2 排錨桿之間偏相鄰的工作面煤體側位置布置一套高預應力錨索梁,距回采工作面煤體側布置一套走向高預應力錨索梁錨索鉆孔,錨索規格Φ17.8×7.3m
(4)巷道采用鋼塑復合網護表;
(5)頂幫破碎處,施工3-4根單體錨桿加強,采用加長錨固方式。
(6)點柱:每兩排錨桿在巷道頂板中間位置
(7)每根錨桿采用兩節Z2360型中速樹脂藥卷加長錨固,預緊力不低于60kN,錨固力不低于120kN;錨索采用三節Z2360中速樹脂藥卷加長錨固,預緊力不低于80kN,錨固力不低于200kN。

3. 支護效果對比分析
采取方案一中參數進行支護時,巷道頂變形嚴重,三天之內兩幫相對位移量達到了1.3m左右,頂底板相對位移量1.6m,其中頂板下層量達到了0.21m,根本不能保證施工安全,更不用說后期的使用和留巷,巷道只施工了約30m 左右就改為加棚支護。后來煤巷采用方案二中參數進行支護,巷道頂底板及兩幫相對位移量大約經過20d左右趨于穩定,其變形曲線如圖4、圖5 所示。巷道頂板在超高強預應力錨桿錨索約束條件下其下沉量幾乎為零,兩幫相對位移量基本沒有,巷道變形主要表現為底鼓,底鼓量約為230mm,其巷道完全可以在不用修復下滿足安全使用要求。兩種支護參數下巷道支護效果相差如此之大,具體分析主要有三個原因:
(1)從支護材料上講,方案一采用的是20MnSi 左旋無縱筋螺紋鋼高錨桿和平鋼帶,方案二中采用的是左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿和M 型鋼帶[3]。方案二種的支護材料是煤巷錨桿的升級產品,剛度強度和延伸率都高于一般的支護材料,且其能更好的適應深井高地壓軟巖巷道的變形特征;

(2)方案一的錨桿長度小于方案二中所采用的錨桿,而實測巷道松動圈[4]為2.3m 左右,因此方案一中錨桿有效的錨固范圍在巷道開挖引起的圍巖破碎帶內,且施工時要求的預緊力較低,雖然能夠在巷道周邊利用圍巖本身形成一點承載結構,但無法有效約束深部巷道圍巖由彈性區向破碎區轉變,因此就無法有效約束巷道整體變形;
(3)兩種支護參數提供的支護強度不同。方案一是采用的一般錨梁索網支護,方案二采用的是超高強預應力組合錨桿支護[5]。不論是從鋼帶的強度和剛度上,還是從錨桿錨索所能提供的約束力上,方案二都優于方案一很多。同時相關研究表明對于深井軟巖煤巷,超高強預應力組合錨桿支護能夠及時提供更高的支護強度,使圍巖本身更容易形成承載結構,從而達到有效限制巷道圍巖變形的目的。
4. 結論
通過以上對比分析可知,對于深井軟巖煤巷支護,只有通過升級支護產品,提高單位面積內的支護強度,運用超高強預應力組合錨桿支護,同時采用超高強預應力錨索梁來強化頂板,降低兩幫應力集中程度,充分調動圍巖自身承載能力形成承載結構,才能夠實現深井軟巖煤巷長期穩定。

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