大断面煤巷锚网索联合支护的设计与应用

发表时间:2020/8/13   来源:《科学与技术》2020年28卷8期   作者:高帅
[导读] 实践表明,为了确保矿井运行的绝对安全,
        摘要:实践表明,为了确保矿井运行的绝对安全,保障井下掘进的高效展开,工作人员必须做好巷道支护,根据这些年来我国的煤矿生产实际情况来看,锚网索联合支护技术对煤矿的安全生产有着重要的作用,将该技术应用到特厚煤层的大断面巷道中,可以极大的提高巷道的安全性。基于此,论文首先说明了锚网索联合支护技术的相关特点,其次以工程案例为背景说明了大断面煤巷锚网索联合支护技术的具体设计和应用,希望可以为广大的煤矿工程师提供一定的参考。
        关键词:大断面;煤巷;锚网索联合支护;矿压观测
        引言
        为了促进煤矿领域的可持续健康发展,加强大断面巷道的支护建设是极其重要的,可以保障巷道断面良好,使其满足煤矿的运输及设备安装需求,进而使生产过程更加高效顺利。在煤矿生产具体的开展过程中,越来越多的配套设施投入其中,包括支护相关的配套设施,这极大的提高了煤矿在掘进过程中的安全程度,因此我国的煤矿管理部门也颁布了相关的法律法规来约束煤矿的生产,尽可能地保障煤矿的安全高效发展。
        1锚网索联合支护特点
        纵观以往的矿井大断面巷道支护作业的具体情况,锚杆支护的应用是十分常见的。锚网支护作为一种主动支护方式,凭借着自身的支护效率高、科学经济合理、安全稳定等优点,被广泛应用于大断面的巷道之中,可以实现煤层岩体的加固。锚网索联合支护技术可以改善围岩离层和破裂等情况。除此之外,锚网索联合支护技术所使用的金属网和托盘等其他辅助结构也可以使锚杆的预应力得到良好的分摊。
        锚网索联合支护相对于单纯的锚杆支护来说效果更加良好,被应用在大断面中的锚索可以发挥出更大的抗剪能力和抗拉能力,该结构可以使顶板在锚杆的支撑下,强度得到进一步的巩固,并且锚索补强配合锚杆也可以使围岩的应力向其内部转移。巷道顶板自身的预紧力和高承载能力可以由锚索支护提供,从而限制围岩的进一步变形和破坏。上述受力过程实现了主动支护的作用,再借助金属网和托盘等其他构件就可以更进一步的提高巷道的支护效果。可以看出,往往所联合支护结构的支护效果十分良好,并且支护结构的建造成本低,安全性能高,这也是当前矿井的支护技术的发展方向。
        2大断面煤巷锚网索联合支护技术分析
        通过上面的分析可以看出,大断面的锚网索联合支护技术可以使煤巷的质量大幅度提高,从而确保井下作业的高效安全展开,下面将结合工程的实际情况以某煤矿为例来探究特厚煤层大断面煤巷锚网索联合支护的设计与应用。
        2.1工程概况
        某煤业有限公司进行的3-1煤一盘区开采项目。其中主要大巷沿煤层底板掘进,工作面顺槽留顶底煤掘进,开拓巷道和回采巷道均为煤巷。矿井某工作面切眼地质情况如下:该工作面整体上构造简单,煤层倾角平均1°。煤层厚度变化不大,厚度最平均6.2m,黑色,以暗煤为主,亮煤次之,弱沥青光泽,含丝炭及黄铁矿结核。煤层底板有一层0.1-0.5m厚的高岭土,遇水松软膨胀,对掘进有一定影响。该工作面地质构造条件简单,整个工作面无褶皱现象存在,对工作面掘进无影响。根据回采工作面设备配套情况,工作面切眼设计断面9.0m宽,4.0m高,需进一步提高锚网索支护质量及效率,以保证矿井安全生产。
        2.2巷道支护
        通过对整个煤矿的系统了解及针对当前掌握的详细资料来看,为了确保煤矿巷道的稳定运行,必须持续做好相关的支护工作。也就是说,采用有效合适的支护技术来进行永久和临时的支护,尤其是对于某些特殊地段来说,是必不可少的关键环节。
        2.2.1临时支护
        考虑到回采工作面切眼设计断面巷道,呈矩形,规格为宽9m×高4m,掘进断面约36m2之多,结合常用的综掘施工工艺,临时支护采用专用的机载临时支护装置;同时利用三块适合的木板配合防片帮挂钩来护住迎面墙,如此即可完成临时支护施工作业。
        2.2.2永久支护
        出于保证巷道质量的考虑,永久支护施工作业中将合理应用锚网索联合支护技术。为了保证锚网索联合支护技术作用充分发挥,首先要根据工程实际情况,科学合理的规划设计锚网索联合支护方案及施工图,明确相关参数,如此可以保证施工人员有序的、合理的展开支护作业。立足于本次工程项目,设计的锚网索联合支护施工图如图1所示。

由于巷道断面较大,先进行切眼导硐施工,后进行扩刷,扩刷前必须完成导硐侧永久支护和巷道中部单体液压支柱支护。
        按照此施工设计,展开施工作业,确定首先进行顶锚杆施工,也就是在主体部位并排设置5根左旋无纵筋螺纹钢筋杆体,间距为1000mm;之后展开帮锚杆施工,也就是每帮每排设置4根锚杆,间距为1200mm,并且巷帮上部锚杆距顶距离为400mm,巷帮下部锚杆距底距离为700m。在此基础上利用1×19股低松弛高预应力钢绞线来作为锚索配合W钢带联合支护顶板上,以此来补强配合锚杆,强化支护效果,再合理设置可调心金属托板及配套锁具,发挥锚索托盘的作用。

图1 锚网索联合支护施工示意图
        2.2.3特殊地段巷道支护
        根据传统的巷道支护相关施工经验,可以确定顶帮围岩的层理、碎裂相关的地段巷道极其容易出现质量不佳的情况,这种质量不佳主要体现在通风和运输方面。所以为了尽可能的避免上述情况,在本次的大断面巷道支护设计中,还采用了有效合适的支护技术来针对性的处理该特殊地段的巷道,设计人员认为单纯的依靠某一种支护技术,很难实现顶帮围岩的有效控制,尤其是针对这些特殊地段。所以结合以往的施工经验,选择有较常见的支护技术,最终认为联合打超前锚杆锚索,缩小锚杆锚索之间的距离等相关支护方式对于当前的局面来说是最为合适的,需要注意的是,在设计过程中必须对锚索和锚杆的相关参数进行反复的计算和核算,避免由于计算失误造成的设计不当,最终支护效果不理想。
        2.3矿压观测
        2.3.1观测点布置
        为了确保巷道的支护情况达标,在完成相关的支护工程施工以后,必须开展矿压观测,从而保障巷道支护质量的安全良好,一旦发现质量问题或缺陷必须尽快的返工处理,绝不能带病工作,否则很可能为后续的正常施工埋下安全隐患。除此之外,为了确保井下的矿压观测工作能够顺利的进行,必须首先布置好观测点,根据巷道的支护实际情况分析,可能出现的薄弱位置,在这些薄弱位置来布局观测点,布局完成以后,在顶板中部设置一个顶板指示仪,用该指示仪来实时监测巷道的基本情况。观测点附近必须悬挂标志牌,标志牌应标明观测点编号、观测时间、初始读数、观测读数等内容,每旬由验收员负责观测一次,并将观测读数填写在标志牌上。观测数据每月报业务部室负责人一次,出现特殊情况,及时向业务部室汇报。同时使用专用工具检测锚杆、锚索锚固力,确保支护质量合格、达标。锚杆选用LDZ-200型锚杆拉力计测试时,压力达到100KN,压力表读数达到28MPa;锚索使用MQ28.6-300/63型风动锚索张拉机具张拉至预紧力时,压力达到210KN,压力表读数达到42MPa。
        2.3.2观测结果分析
        在巷道观测之后,整理观测结果并对观测结果予以分析,能够确定巷道质量。在本工程巷道观测后,笔者建议采用“十字”交叉方法来测定巷道位移情况,可以确定顶底板变形量较大,顶板下沉主要发生在3m多厚的岩层中,但顶底板移近量均小于1.5cm,两帮移近量小于2cm,巷道位移量在有效控制范围内。这充分说明大断面巷道支护中有效利用锚网索联合支护技术是非常有意义的,利于提高巷道质量。
        3结语
        随着近些年来我国对煤矿生产安全的重视程度不断提高,锚网索联合支护技术的应用也越来越广泛,将该技术应用到特厚煤层的大断面巷道中,可以使巷道的质量和安全大大提高,但如果想完全发挥出该技术的实际价值,必须结合工程的实际情况,制定出科学合理的方案加以应用,只有这样才能使煤矿的井下掘进工作得到良好的保障。
        参考文献
        [1]徐仪昌,靳卫刚.大断面煤巷锚网索联合支护技术的应用[J].山西煤炭,2015,(1):58-60,84. DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.019.
        [2]丁继成.大断面底板煤巷采用锚索、锚杆、钢筋网、喷喧联合支护的探索[J].科学与财富,2016,8(5):52-52. DOI:10.3969/j.issn.1671-2226.2016.05.050.
        [3]黎卫星.高应力大断面煤巷锚网(索)联合支护技术应用[J].科技与创新,2016,(8):135,137. DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.135.
       
作者简介:高帅,1989年4月,男,汉族,河南省洛阳市孟津县人;2013年毕业于中国矿业大学,采矿专业,助理工程师职称;现在内蒙古鄂尔多斯永煤矿业投资有限公司马泰壕煤矿,从事采掘设计及现场管理工作。
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