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有关沿空掘进锚网索联合支护的探索分析

2020-05-26 184 上传者：管理员

摘要：顶板破碎现象是巷道掘进施工中经常遇见的情况之一，实现巷道掘进通过相关区域时的有效支护，对于提升巷道使用稳定性，保障矿井生产作业安全有积极意义，是推动矿井综合效益增长的有力举措。以此为着手点，针对深部沿空掘进锚网索联合支护工艺开展分析，结合具体工程实际，在分析巷道原支护形式不足的基础上，对巷道支护工艺开展优化分析，并对其应用效果做出实践分析。结果表明，优化后的支护工艺能够大幅提升巷道围岩稳定性，增强巷道作业安全性，对矿井有效、健康发展意义重大。

关键词：
工艺优化
掘进支护
沿空掘进
煤矿
矿产资源
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对于煤矿生产作业而言，顶板事故一直是矿井生产中的主要灾害之一，对生产安全的影响十分大。特别是随着近些年矿井浅部煤炭资源的日益枯竭，井下回采作业深度持续增加，回采作业时的围岩压力不断增大，作业面顶板安全形势越发突出。有鉴于此，采取针对性的举措优化作业面支护设计，提升支护效果，对于推动矿井生产更好地开展意义重大。

1、工程概述

A矿50203回采作业面主采5#煤层，煤层厚度均值12m，倾角均值10°，整体埋深500m。煤层上部直接顶为砂质泥岩层，属于典型的软弱坚硬岩层，抗压强度介于10～61MPa，抗拉强度介于0.5～4.7MPa；老顶为厚度均值15m的砂岩层；煤层直接底为厚度均值1m左右的碳质泥岩。50203作业面北部为上阶段采空区，南部为在采作业面，西侧为采区大巷，东侧为井田边界煤柱。50203作业面回风巷道采用沿采空区掘进的方式，原支护方式不能很好适应井下生产需求，需对其进行优化改良。

2、巷道支护设计分析

2.1原支护方式

A矿50203回采作业面回风巷道断面设计采用矩形，设计尺寸（长×高）为4200mm×3200mm，巷道掘进采用沿底板掘进的方式，原支护设计采用锚网索支护方式，所用锚杆为直径18mm、长2000mm的螺纹钢树脂锚杆，配套尺寸为120mm×120mm×6mm的蝶形托盘，锚杆布设排间距为800mm×800mm，其中，顶板布设锚杆6根，两帮各布设锚杆4根，一个截面共布设锚杆14根。锚索选用直径15.24mm、长15000mm的专业矿用锚索，每排布设2根，锚索托梁使用12#工字钢制成，锚索布设排间距为2400mm×1600mm。同时，巷道还配设H形梯子梁和铁丝网对巷道进行支护[1,2]。

但在实际掘进作业中，受到上部煤层采空区的影响和相邻作业面采动的影响，在巷道掘进支护后会出现程度不一的顶板下沉、局部冒落、巷帮挤压、底板鼓起、锚索拉断等现象，对生产安全构成严重威胁。有鉴于此，针对原支护方案进行优化设计，通过调制锚索和锚杆支护参数，改用强度更高的高强度树脂锚杆和小孔径预应力锚索，替代原本的普通锚杆和锚索，以提升支护效果。

2.2支护方式改进分析

2.2.1锚杆网片及钢梁优化

巷道顶板及帮部所用锚杆改为直径20mm、长2400mm的高强度树脂锚杆，布设排间距为800mm×800mm。其中，顶板布设锚杆6根，两帮各布设锚杆5根，一个截面共布设锚杆16根，单根锚杆配套使用2支型号为Z2360的树脂锚固剂对锚杆进行锚固，锚固力不小于60kN，扭矩力不小于140N•m。同时，为了确保预应力充足，每根锚杆配套尺寸为150mm×150mm×10mm的蝶形托盘。顶板与巷帮表面均铺设10#金属网，尺寸为2000mm×1000mm，孔径为100mm×100mm，两片金属网间搭接长度为100mm。选用H形梯子梁充当钢带，钢带厚度14mm，尺寸（长×宽）为4000mm×100mm。配套使用梯子梁可以有效提升支护体对不平整围岩表面的适应性，从而更好地约束锚杆，并为作业人员的施工提供一定的便利[3]。

2.2.2锚索与钢梁优化

巷道顶板锚索选用直径21.6mm、长度15000mm的低伸缩1×7钢绞丝高强度预应力锚索，采用加长锚固的方式，锚固剂选用4支型号为Z2360型和2支K2335型的树脂锚固剂，锚固长度不小于2500mm，锚固力不小于250kN/根，布设排间距为1000mm×1500mm，单排布设3根。配套支护钢梁选用12#工字钢制成，长度为4200mm，采用顺巷布设的方式，配套使用高强度的三孔锁具，锚固后锚索外露长度应控制在150～250mm之间。

巷道帮部锚索选用直径21.6mm、长度4500mm的低伸缩1×7钢绞丝高强度预应力锚索，采用加长锚固的方式，选用3支型号为Z2360型的树脂锚固剂，锚固长度不小于1800mm，锚固力不小于200kN/根，布设排间距为800mm×1000mm，单排布设3根[4]。配套支护钢梁选用12#工字钢制成，长度为2200mm，垂直顶部布设，配套使用高强度的三孔锁具，锚固后锚索外露长度应控制在150～200mm之间。

图1为优化后的支护断面示意图。

3、支护效果分析

在A矿50203回采作业面回风巷道中，采用优化后的联合支护方式进行巷道支护，同时，为了检测优化后方案的实际应用效果，在巷道掘进时滞后作业面每间隔50m布设观测站1个，使用顶板离层仪和十字交叉法，针对巷道帮部移近变化和顶板下沉变化进行定期观测，观测周期为7d，连续观测30d[5,6]。观测结果如图2所示。

图2巷道两帮及顶板位移观测变化曲线

分析图2可知，随着掘进作业持续进行和掘进距离的不断增大，巷道围岩变形量整体呈现出先增加后降低的趋势，回采面顶板下沉量与两帮移近量在距离回采面200m时数值达到最大，分别为110mm和76mm，随后围岩位移量逐渐减小并趋于稳定。实测数据表明，优化后的锚网索联合支护工艺能够对巷道围岩变形进行有效控制，提升了回采作业的安全性和有效性。

4、结语

针对A矿50203回采作业面巷道掘进原支护方式存在的变形量大、锚索容易拉断和锚杆容易凹陷等不足，开展支护方式的优化研究，优化后的方案实现了对巷道围岩的有效控制，巷道作业时的变形量大幅降低，作业安全性显著提升。同时，在回采后巷道支护所用的锚杆托盘和托梁均能够回收利用，进一步降低了支护成本。

参考文献：

[1]翟文立,王其杰,李涛,等.高强高预紧力锚网支护技术在深部矿井沿空掘巷中的应用[J].煤矿安全,2018,49(12):79-82.

[2]时永贺.基于锚网索耦合及喷浆支护的沿空巷道支护实践[J].当代化工研究,2019(2):87-88.

[3]李冠军,赵光明,孟祥瑞,等.综放沿空动压巷道锚网索耦合支护研究[J].中国安全科学学报,2019,29(2):125-132.

[4]马明杰,李宗泽,李路恒,等.沿空掘巷围岩稳定性及其控制技术研究[J].煤炭技术,2018,37(7):89-91.

[5]杜金顿.强动压影响回采巷道锚网索平衡支护技术研究[D].青岛:山东科技大学,2017.

[6]许永祥.特厚煤层大采高综放面沿空掘巷支护技术[J].煤矿开采,2017,22(2):51-55.

王家胜.沿空掘进锚网索联合支护探究[J].能源与节能,2020(05):16-17+113.