三沟鑫都煤业15号煤层工作面支护优化_靳雷忠.pdf
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1、2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月本文以三沟鑫都煤业1 5号煤层二采区工作面回采巷道为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟等方法,分析了不同的因素对支护的影响,基于此开发了高预应力锚杆锚索联合支护体系,并对此前的支护方案进行了一定的优化。采用优化的支护方案在A 工作面进行了工业性试验,支护效果理想。1工程概况晋能控股煤业集团晋圣三沟鑫都煤业位于山西省晋城市沁水县龙港镇尧都村,井田面积5.3 6 45m2,批准开采2号1 5号煤层,生产规模为6 0 0k t/a。矿井地质构造简单,主要开采1 5号煤层,煤层厚3.3 3.7m,平均厚度3.5m。1 5号煤层直接顶板主要为石灰岩、砂质泥岩、
2、粉砂岩、泥岩。石灰岩为较硬岩层,底板为砂质泥岩、泥岩、铝土泥岩,砂质泥岩为较软-较硬岩层,顶板类型属较稳定1。由于该矿计划开采二采区,地质条件等与一采区有所变化,并且一采区工作面巷道支护方式与锚网索支护技术规范有些差异,若继续采用原巷道支护方式,属于采用类比法依据周边相邻矿井的经验进行支护,缺少一定的科学依据。因此,本项目以三沟鑫都煤业1 5号煤层二采区为工程背景,通过现场调研、理论分析和数值模拟,对该矿巷道围岩的稳定性进行系统分析,结合现场实际情况对支护方式进行优化设计。这样做,对确保三沟鑫都煤业安全高效生产具有重要意义,将为三沟鑫都煤业及类似地质条件矿井巷道的支护设计提供一定的参考依据2。
3、2回采巷道支护参数计算针对三沟鑫都煤业1 5号煤层二采区工作面巷道的情况,对锚网索支护参数进行计算3。2.1锚杆长度锚杆长度的计算公式为:L=L1+L2+L3,(1)式(1)中,L为锚杆长度,m;L1为锚杆外露长度,取0.1 5m;L2为锚杆有效长度,计算得1.0 4 4m;L3为锚杆锚固长度,取0.8m。将相关数值代入式(1)中,得L=1.9 9m。设计采用锚杆长度20 0 0m m、直径2 0m m 的左旋无纵肋螺纹钢锚杆,满足要求。2.2锚杆直径锚杆直径的计算公式为:d=4Qt,(2)收稿日期:2022-10-15作者简介:靳雷忠,1974年生,男,山西晋城人,工程师,主要从事煤矿开采方
4、面的工作。三沟鑫都煤业 15 号煤层工作面支护优化靳雷忠(晋能控股煤业集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司,山西 沁水0 4 8 2 0 0)摘要:以三沟鑫都煤业1 5号煤层二采区工作面巷道为研究对象,对回采巷道支护参数进行计算,对支护优化数值进行模拟分析,确定了回采巷道支护方案。采用优化的支护方案在A工作面进行了工业性试验,试验巷道围岩变形及支护体受力监测结果表明,优化的支护方案合理、安全、可靠,有效保障了工作面的生产安全。关键词:支护;数值模拟;支护参数;锚杆中图分类号:T D 7 3文献标志码:A文章编号:2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 0 7 3-0 4Optim
5、ization of Working Face Support of No.15 Coal Seam in Sangou Xindu Coal IndustryCo.,Ltd.JIN Leizhong(Jinsheng Sangou Xindu Coal Industry Co.,Ltd.,Jinneng Holding Coal Industry Group,Qinshui 048200,Shanxi,China)Abstract:Taking the roadway in No.2 mining area of No.15 coal seam of Sangou Xindu Coal In
6、dustry Co.,Ltd.as the researchobject,this paper calculated the supporting parameters of mining roadway,and determined the supporting scheme of miningroadway by numerical simulation analysis of support optimization values.The optimized support scheme is used to carry out testson A working face.The re
7、sults of monitoring the deformation of surrounding rock and the stress of the supporting body show thatthe optimized support scheme is reasonable,safe and reliable,and effectively ensures the safety of the working face production.Key words:support;numerical simulation;support parameters;anchor(总第2 1
8、 0期)能源产业7 3 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0332 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月式(2)中,d为锚杆直径,m;Q为锚杆设计锚固力,取1 2 5k N;t为杆体材料抗拉强度,取4 0 0M P a。经计算:d0.0 2m,取锚杆直径d=2 2m m,满足要求。2.3锚杆间排距当锚杆间排距相等时,相应的锚杆间排距计算公式为:D=QkL2,(3)式(3)中,D为锚杆间排距,m;k为安全系数,取1.5 2.0;为岩层容重,取2 5k N/m3。将相关数值代入式(3)中,得出D=1.5 5 1.7 9m。根据计算数据,结合工程类比法及经验数据
9、,确定锚杆间排距为14 0 0m m 16 0 0m m,满足要求。2.4锚索长度锚索长度的计算:L=L1+L2+L3,(4)式(4)中,L为锚索总长,m;L1为锚固段长度,不小于1.5m,计算得到L1为1.2m,此时取最小值1.5m;L2为自由段长,取3.0m;L3为张拉段长,取0.3 2m。将相关数值代入式(4)中,计算得出L=4.8 2m。因此,锚索长度大于4.8 2m 即可满足设计要求。结合该矿实际情况,选择锚索长度为5.4m。2.5锚索排距锚索排距可按照式(5)计算:D 3P断4B2k,(5)式(5)中,D为锚索间排距,m;P断为锚索的最低破断力,取3 5 5k N;B为巷道跨度,m
10、;为悬吊煤岩平均容重,取1 1k N/m3;k为安全系数,取0.5。经计算,锚索排距D5.1m,选择锚索排距为4.8m 符合要求。2.6每排锚索数目的确定确定每排锚索数目时,可根据式(6)进行计算,即:N=kW/P断,(6)式(6)中,N为每排锚索数目,根;k为安全系数,取1.5;W为被吊煤岩的自重,计算得到4 6 5.3k N。将相关数值代入式(6)中,计算得N 1.9 7根,故按4.8m 的排距在顶板布置2根锚索进行加强支护满足要求。2.7锚固剂长度的确定根据锚固长度,按式(7)计算锚杆(索)锚固需要的药卷长度:L药=ksR孔2-R锚2R药2L锚,(7)式(7)中,L药为锚杆(索)需要的药
11、卷长度,m m;ks为锚固剂损耗系数,取1.1 1.5;R孔为锚杆(索)钻孔半径,m m;R锚为锚杆(索)半径,m m;R药为树脂药卷半径,m m;L锚为锚杆(索)锚固长度,m m。针对锚杆,将相关数值代入式(7)中,得L药=6 3 9 8 7 1m m,因此锚杆应选取一支M S C K2 3 3 5、一支M S Z2 3 6 0的树脂锚固剂。针对锚索,将相关数值代入式(7)中,得L药=9 7 1 13 2 5m m,因此锚杆应选取一支M S C K 2 3 3 5、两支M S Z2 3 6 0的树脂锚固剂。3支护优化数值模拟分析3.1计算模型的建立根据晋圣三沟鑫都煤业1 5号煤层二采区工作面
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