厚煤层大断面下层巷道支护技术优化与试验

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1、厚煤层大断面下层巷道支护技术优化与试验张建宇阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿摘要：随着综采设备及相应掘进巷道断面增大，为提高大断面煤巷的支护技术及掘进效率，通过在81304进风巷进行了全锚索顶板和高强度两帮优化支护设计及试验，实现了顶帮支护的安全可靠，成本降低，掘进效率提高了10%，实现了安全高效掘进。关键词：厚煤层;大断而煤巷;支护设计;全锚索;作者简介：张建宇（1987-），男，助理工程师，毕业于辽宁工程技术大学，主要从事生产技术管理工作。收稿日期：2017-06-22Received：2017-06-221巷道概况81304工作面进风巷位于阳泉煤业（集团）有限责任公

2、司一矿（以下简称一矿）十三釆区丙翼南部、十三釆区丙部边界线以东、十三釆区丙回风巷以丙、81306工作面（未掘）以南、81302工作面（已回采）以北。工作面布置如图1所示。82103工作面图i工作面布置下载原图81304进风巷用作81304工作面专用进风、运煤、进料等，布置在15煤层中，是沿15煤底板掘进的留顶煤巷道;巷道设计长度1790m,巷道预计服务年限3a;巷道坡度最小2°,最大11°,平均4°。巷道顶板、两帮为煤体，临近无采掘等动压影响，为实体煤巷道。巷道直接顶为黑色泥岩，平均厚度1.42m，致密、块状、质脆;棊本顶为石灰岩、泥岩互层交错分布，总厚度平均约11.5m

3、，其屮泥岩致密、块状，呈黑色，普氏硬度系数3.CT4.0，石灰岩致密、坚硬，裂隙充斥方解石，灰黑色，普氏硬度系数8.CT12.0;直接底为黑色泥岩，致密，含植物化石及黄铁矿，平均厚度3.7m;基木底为灰色细砂岩，成分以石英为主，含植物化石;平均厚度6.9m。具体岩层分布情况如表1所示。表1巷道顶底板情况不载原表顶底板名称普氏硬度平J8.0〜12.03.0〜4.0顶基本顶(K2)8.0〜12.0板3.0〜4.08.0〜12.0直接顶3.0〜4.0底板直接底基本底3.0〜4.06.0〜7.02原支护情况分析2.1原支护参数顶板采用“主锚索+补强锚索+金属网+钢带”联合支护，排

4、距800mm。钢带使用“BHB-883-220-4-5600mm”的7眼波纹钢带，每排布置4根主锚索和3根补强锚索。补强锚索第1排布罝在钢带从左往右的第2、4、6眼内，第2排布罝在钢带从左往右的第1、3、5眼内，依次交替进行。主锚索使用规格为覬17.8mmX5200mm的钢绞线，补强锚索使用规格为覬17.8mmX7200mm的钢绞线(斜切头)。两帮采用“锚杆+金属网”联合支护的方式。每排每帮布置4根锚杆，锚杆使用规格为覬20隱X2000隱的圆钢锚杆，托板使用规格为350隱X120raraX40ram的花式托板;锚杆间距从顶板至底板分别为400、800、800、800、80

5、0mmo2.2支护现状及分析阳煤一矿大断面煤巷支护采用锚网支护技术，顶板为锚索支护，两帮采用锚杆支护。锚索釆用高强度低松弛预应力钢绞线，常用直径为17.8mm和21.6mm;帮锚杆为麻花圆钢锚杆，直径为20mm，钢号235号;锚索预紧力一•般为100~200kN,排距0.8〜0.9m;锚杆间排距在0.8~0.9m范围，锚杆预紧力矩为120〜150Nm。在上述支护方式和支护标准下，巷道支护效果并不理想，存在不同程度的巷道变形;部分巷道矿压显现剧烈，表现为锚杆锚索破断，顶板下沉及局部塌顶[1-2];两帮位移量较大,巷道需要二次维护才能满足使用要求。为适应现代化高产高效综采设备

6、的使用，巷道的断面增加显著，大断面煤巷的支护成为巷道掘进水平和安全的关键因素m。考虑相同巷道的支护情况，如81302工作面的巷道变形严重，在回采期间出现冒顶和片帮垮落现象，巷道变形严重，无法满足正常生产要求。矿上投入了大量的人力和物力进行巷道返修，巷道支护和维护成木居高不下，矿方迫切需要对现有锚杆支护体系进行科学系统地优化，提高巷道围岩控制水平。3巷道支护设计方法3.1支护设计原则（1）一次支护原则。锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。（2）高预应力和预应力扩散原则。预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数。只冇

7、高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用Ill。（3）“三高一低”原则。即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。（4）临界支护强度与刚度原则。锚杆支护系统存在临界支护强度与刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制m。（5）相互匹配原则。锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配。（6）可操作性原则。提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。（7）经济合理性原则。在保证巷道支护效果和安全程度、技术上可行、施