安山煤矿回采巷道支护参数优化研究.pdf
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1、第4 6 卷第8 期2023年8 月采矿与井巷工程安山煤矿回采巷道支护参数优化研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.8Aug.2023罗南洪1,张玉虎1,杜超杰,段江飞2(1.陕西涌鑫矿业有限责任公司安山煤矿,陕西榆林7 1 9 4 0 0;2.陕西涌鑫矿业有限责任公司,陕西榆林7 1 9 4 0 0)摘要:针对安山煤矿3-煤层回采巷道存在支护密度大、强度低以及经济指标不合理等问题,以3-1 煤层1 3 3 1 1 2 胶运顺槽为研究对象,进行巷道支护参数优化。通过岩石力学实验、数值模拟、支护参数理论计算及钻孔窥视等手段优化1 3 3 1 1 2
2、 胶运顺槽巷道支护参数,采用高强度、高刚度、高可靠性锚杆,同时适当降低支护密度,确定最佳的支护参数。现场工程实践表明,采用新的支护参数能满足回采巷道在服务期间安全使用要求,且经济及社会效益显著。该研究能有效指导后期矿井开采过程中巷道支护设计,为实现高产高效、本质安全型矿井打下坚实的基础。关键词:锚杆支护;支护参数优化;钻孔窥视;数值模拟中图分类号:TD353Study on support parameter optimization of miningLuo Nanhong,Zhang Yuhu,Du Chaojie,Duan Jiangfei?(1.Anshan Mine,Shanxi Y
3、ongxin Mining Co.,Ltd.,Yulin 719400,China;2.Shanxi Yongxin Mining Co.,Ltd.,Yulin 719400,China)Abstract:Aiming at the problems of high support density,low strength and unreasonable economic indicators in No.3-1coal seam mining roadway of Anshan Mine,No.133112 transportation roadway of No.3-l coal sea
4、m was taken as theresearch object to optimize the roadway support parameters.By means of rock mechanics experiment,numerical simulation,theoretical calculation of support parameters,and drilling peeping,the support parameters of No.133112 transportationroadway wwere optimized.Optimal support paramet
5、ers were determined.The field engineering practice showed that the newsupport parameters met the requirements of safe use of the mining roadway during the service period,and its economic andsocial benefts were significant.This research could effectively guide the design of roadway support in the lat
6、er mine miningprocess,and laid a solid foundation for the mine to achieve high-yield,high-efficiency,and intrinsically safe mines.Key words:bolt support support parameter optimization;borehole peeping;numerical simulation文献标识码:Broadway in Anshan Mine文章编号:2 0 9 5-59 7 9(2 0 2 3)0 8-0 0 3 5-0 3在井下工作面开
7、采中,巷道是工作面开采及井田开拓的重要通道,矿井每年巷道掘进量达几千米。如果巷道支护参数不合理,会导致支护密度过大、上下隅角无法及时跨落造成顶板安全隐患等-3。为解决以上问题,本文以安山煤矿3-煤层133112胶运顺槽为研究对象,采取理论分析、岩石力学实验、数值模拟手段,得出最佳锚网支护参数,推动安山煤矿实现安全高效绿色高质量发展。责任编辑:任伟D0I:10.19286/ki.cci.2023.08.009作者简介:罗南洪(1 9 7 8 一),男,重庆永川人,工程师。引用格式:罗南洪,张玉虎,杜超杰,等.安山煤矿回采巷道支护参数优化研究 J1.煤炭与化工,2 0 2 3,4 6(8):3 5
8、-3 7,7 8.1概况1.1巷道概况安山煤矿隶属于陕西涌鑫矿业有限责任公司,地处陕西省榆林市庙哈孤矿区东南部,行政区划隶属府谷县管辖。井田面积54 km,设计生产能力1.20Mt/a,服务年限50 a,采用平碉开拓方式。矿井地质构造简单,煤层倾角平缓,可采煤层5层,自上而下依次为2-2、3-1、4-2、5-1 和5-2 煤,目前352023年第8 期正开采3-1 煤层。1 3 3 1 1 2 胶运顺槽布置于3-1 煤层中,巷道埋深约6 0 m,矩形断面S掘=宽高=5.4 2.8=15.12 m。1.2133112胶运顺槽原支护参数133112胶运顺槽顶板锚杆采用20mm2200mm左旋无纵筋
9、螺纹钢锚杆,间排距1 0 0 0 mm1100mm,每排6 根,锚杆锚固力为1 0 0 kN,预紧力矩1 0 0 Nm;顶板锚索采用17.8mm6000mm钢绞线,间排距2 4 0 0 mm3300mm,锚索预紧力为1 0 0 kN,采取“1-2-1”布置。岩性抗压强度/MPa抗拉强度/MPa剪剪切强度/MPa粉砂岩42.68泥岩30.642.2钻孔窥视煤矿井下围岩结构的钻孔窥视仪器主要为电子钻孔窥视仪,其工作原理是钻孔摄像头将光线转变成电子房号,然后将图像显示于监视器上进行观察。采用钻孔窥视仪对巷道松动圈范围的测量可以确定合理可靠的支护方式,并为支护参数的选择提供依据。本次采用CXK12(B
10、)矿用钻孔成像仪,对1 3 3 1 1 2 胶运顺槽顶帮围岩松动圈进行观测。如图1 可知,巷道顶板岩体中发育各种横向、纵向、斜交节理与裂隙,有些裂隙张开度较大。从顶板钻孔孔口向上0.3 m范围内,岩体以横向裂隙为主。0.3 1.6 m,岩体纵横微裂隙发育。1.6 m以后无裂隙及节理发育,钻孔孔壁光滑,没有肉眼可见的裂隙及节理,岩体完整度较高。由以上分析可知,巷道顶板松动圈范围在1.6m以内,该结果为巷道锚杆(索)支护中各参数设计提供有力数据支撑。2.3回采巷道支护参数理论计算掘锚杆支护是通过围岩体内部的杆体,改变围岩本身的力学状态,提高围岩强度,从而在巷道岩体内形成一个完整稳定的承载圈,达到维
11、护巷道的目的。因此,根据相关锚杆支护理论,计算锚杆的各项支护参数。(a)0.3 m处图1 观测结果Fig.1 Observation results36煤炭与化工2巷道支护参数优化2.1岩石力学实验煤层顶板物理力学参数是数值计算、相似模拟、顶板分类和现场安全生产管理的基础性工作,是巷道支护设计的基础。通过采集安山煤矿3-煤层采掘工作面煤岩样,在实验室内加工并进行力学参数测试。将测试结果运用至实际工程中,为后续巷道支护设计及相关数值模拟提供各项参数 4-5。岩石力学参数见表1。表1 岩石力学参数Table 1 Rock mechanics parameters内摩擦角/()内聚力/MPa弹性模量
12、/CPa4.677.533.946.31(b)1.5 m处(c)1.6 m 以后第4 6 卷323.97292.27LLi+L2+L3B+Htan(45-0/2)式中:L为锚杆总长度,mm;Li 为锚杆外露长度(托板厚度+螺母厚度+mm,此处顶锚杆取50 mm),mm;L为锚杆有效长度,mm;L,为锚固端长度,取7 0 0 mm;1 3 3 1 1 2 工作面回采巷道矩形布置,巷道掘高为2.8 m,掘宽为5.4 m,所以B取值为5.4 m,H 取值为2.8 m;f 顶为顶板岩石普氏系数,取值为2.6;为两帮围岩的内摩擦角,取值为4 8。可计算出,Lz=1 442mm。则L2192mm,取值锚杆
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