布尔台煤矿煤巷掘进片帮防治探究

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1、布尔台煤矿煤巷掘进片帮防治探究　　摘要：布尔台煤矿42201运顺工作面掘进期间，巷道两帮发生片帮，片帮深度达0.3-1.0m，使巷道超出原设计断面净宽0.6-2.0m，成为布尔台煤矿重大危险源之一。针对该矿存在的片帮灾害问题，结合并分析周边矿井片帮问题原因，提出了超前预应力体系理论和两帮支护方案。关键词：煤巷掘进；片帮；超前预应力体系；锚杆支护1、问题的提出在神东布尔台煤矿4-2煤42201运顺工作面掘进过程中，掘锚机短掘短支，在掘进1m后便进行锚杆支护，由于煤的普氏系数较小，在煤帮支护的过程中，极易发生片帮现象，甚

2、至在掘进后支护前便发生片帮，片帮深度达0.3-1.0m，巷道的跨度由6m增加至6.6～8m左右，增大了巷道断面设计净宽，延长了支护时间，也大大增加了巷道冒顶的危险性。同时巷帮在掘进和采动的影响下，在一个正规循环完成后，还在不断的片帮，其强度和频率相对低些，严重威胁该矿的安全生产。2、煤壁片帮的原因642201辅运顺槽工作面的地面标高1237-1325.1m，4-2上煤层厚度为5.38～6.69m，平均厚度为6.06m，从开口至2450m掘进段平均煤厚为6.48m，2450m至切眼掘进段平均煤厚5.78m。顶板的上覆基

3、岩厚313.5～388.3m，根据已开拓区域（2-2煤一盘区、二盘区，4-2上煤一盘区）揭露情况，断层构造较发育，掘进过程中可能会受断层等地质构造影响，进一步造成围岩松动圈变大，煤壁和顶板条件很差。直接顶厚度为4～9m，为砂质泥岩，参差状断口，含植物化石碎片，中下部微波状层理较发育，由泥质条带及砂质条带显示，老顶覆盖于直接顶之上，为致密坚硬的粉砂岩；顶板属于易冒落顶板。详细岩性见表1。表1煤层顶底板情况表4-2煤层顶板为泥岩或砂纸泥岩互层，其本身的胶结程度和强度较弱，综合各种断层和节理因素，造成顶板和两帮围岩稳定性进

4、一步降低，围岩水平方向应力较小，从而引发掘进后片帮的问题。另外，煤体结构破碎，煤层节理发育，导致巷道掘进施工中两帮的稳定性时好时坏，极易发生片帮。目前在我国西部矿区多数为浅埋煤层，在煤巷掘进过程中常遇到冒顶与片帮问题，严重影响并制约着煤矿的安全与生产。3、超前预应力壁理论的提出和应用6巷道掘进前，在工作面轮廓线上先沿巷道轴线方向，与该轴线成一定夹角钻孔装锚杆，该夹角称为外插角，一般为5°～20°。超前锚杆安装后再进行掘进，根据加固拱原理：锚杆锥形体的锚固块上下相互交错，同时随着超前方向的锚固块的形成，前后相互交错加固

5、，形成了超前掘进头的预应力壁。超前预应力壁可以有效加固煤帮的强度与承载能力，防止煤帮在掘进后片帮；垂直巷帮的垂向帮锚杆安装后与超前预应力锚杆形成了更加坚固的巷帮支护体系；尤其是在巷帮浅部，有超前预应力壁形成的预应力煤帮，可以有效维护巷道断面的完整。取超前预应力锚杆体上的两个端点（x1、y1）（x2、y2），取点时可以取不同岩层的单个块体上，所以锚杆两端点的位移可以用L表示。（1）对两个端点进行微分计算分析得：（2）（3）将（2）、（3）式代入（1）式并整理可得：（4）如果锚杆在安装或围岩位移时锚杆体因发生弹性变形产生

6、相应的应变能Vε。（5）式中：w——锚杆所受外力；A——锚杆横截面积；E——锚杆弹性模量。根据对以上式子分析得出：当超前预应力锚杆形成超前预应力壁时，锚杆所受的外力w越大，预应力的效果越明显，6即初始安装锚杆时的预紧锚固力直接影响着预应力壁体系作用的发挥；另外从微分分析过程中，可以得出锚杆的材质（弹性模量）和锚杆的横截面积、偏角等，也共同影响超前预应力壁体系作用的发挥。超前预应力壁效果图如图1所示。1—超前锚杆2—垂向锚杆3、4—两帮5—掘进迎头6—超前预应力壁θ—外插角图1超前锚杆与超前预应力壁效果图4、超前预应力

7、体系锚杆支护的应用针对掘进过程中煤帮支护前和支护后的片帮问题，该矿掘锚二队实施掘进1m便进行超前帮支护作业。在垂直煤帮的帮锚杆位置，并行打两根斜向掘进方向的帮锚杆，提前进行煤帮的支护，两帮支护说明如下：（1）在42201运顺工作面付帮斜前方打3m的螺纹钢锚杆，正帮斜前方打3m的玻璃钢锚杆，锚杆端部偏移掘进方向0.3～1m左右，锚杆的外插角为5°～20°；（2）在掘锚机工作过程中，向付帮垂直打3m的螺纹钢锚杆帮锚杆，正帮打3m的玻璃钢帮锚杆；（3）帮锚杆排距为1m，每排打两组斜向（第二三组）及三组垂向锚杆，靠近顶板的帮

8、锚杆不打斜向长锚杆；（4）帮锚杆锚固力不小于5t（50kN/17.3MPa），帮锚杆螺母扭力矩不小于70Nm。5、两帮支护参数与支护材料规格的确定6表2支护参数与支护材料规格表6、结论本论文全面分析了神东集团布尔台煤矿42201运顺工作面掘进期间，发生片帮的实际问题，提出了预防和避免片帮灾害的有针对性的理论基础和技术举措，为保证煤矿安全、高效、