大断面破碎顶板巷道锚注支护技术研究.pdf
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1、45引用格式:刘建胜。大断面破碎顶板巷道锚注支护技术研究J煤炭工程,2 0 2 3,558):4 5-50.doi:202308009Vol.55,No.8COALENGINEERING第55卷第8 期程炭煤大断面破碎顶板巷道锚注支护技术研究刘建胜(霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司,山西河津043300)摘要:以腾晖矿2-2 0 5综放工作面为背景,结合2-2 0 51回采巷道具有大断面及部分区域顶板破碎的特点,拟采用注浆锚索和单体液压支柱配合T梁的复合支护方式对顶板破碎区域进行补强支护,以保证回采期间巷道顶板安全。通过分析2-2 0 51回采巷道超前支承压力分布规律,指导其补强支护设计。
2、分析了注浆锚索补强支护原理和强度,并开展巷道补强支护强度计算,在此基础上完成了巷道支护方案设计。研究结果表明:采用注浆锚索和单体液压支柱配合T梁的复合支护方式,结合巷道围岩结构特征、超前支承压力分布规律、注浆锚索补强支护原理和巷道补强支护强度计算,分析、计算得出了合理的支护方案参数,有针对性地做到了顶板破碎区域补强支护方案的实施。现场工业试验结果表明,回采巷道顶板破碎区域采用锚注补强支护技术后,巷道顶板变形得到有效控制,可以满足回采工作面安全高效的要求,对其他类似条件的矿并具有工程推广价值。关键词:大断面巷道;顶板破碎;钻孔窥视;锚注补强;巷道支护;围岩控制中图分类号:TD353文献标识码:A
3、文章编号:16 7 1-0 959(2 0 2 3)0 8-0 0 4 5-0 6Bolt-grouting reinforced supporting technology for broken roofin large section roadwayLIU Jiansheng(Hejin Tenghui Coal Industry Co.,Ltd.,Huozhou Coal Electricity Group,Hejin 043300,China)Abstract:Taking the 2-205 fully mechanized top-coal caving face of Tengh
4、ui Mine as the background,combining with theconditions in the large section and partial roof broken 2-2051 mining roadway,it was proposed to use a composite supportmethod of grouting anchor cables and single hydraulic props along with r beams to reinforce and support the roof broken area,to ensure t
5、he safety of the roadway roof during mining.The distribution law of advance abutment pressure in the roadway wasanalyzed to guide the reinforced supporting design.By analyzing the principle and strength of grouting anchor cable,and theroadway reinforcement supporting was calculated,and the the roadw
6、ay supporting scheme was designed.The research resultsshow that the reasonable supporting parameters can be obtained with the proposed method,which can reinforce the broken roofarea supporting.The on-site industrial test results show that,after the bolt-grouting reinforcement supporting wasimplement
7、ed,deformation of the roadway roof was controlled,and the requirements for safe and efficient production wassatisfied.The technology can be promoted in other mines with similar conditions.Keywords:large section roadway;broken roof;borehole peeping;bolt-grouting reinforcement;roadway supporting;surro
8、unding rock control近年来,随着煤炭资源开采技术水平的不断提升,综采工作面在高可靠性、智能化采煤、科学合理支护等方面取得了较大进步。为了能够使综采工作面安全回采、加快推进效率,超前支护相关技术和设备也得到了较为广泛的运用。当前综采面超前支护控制主要有单体液压支柱控制、超前支架组支护控制和单元式支护控制1-3。单体液压支柱支护已经不能完全满足当前工作面安全、快速回采的需求;超前支架组有一定程度重复承载破坏巷道顶板与锚固支护系统的情况;单元式支护控制也存在无收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 0作者简介:刘建胜(197 0 一),男,山西霍州人,高级工程师,现主要从事矿山压力与
9、岩层控制研究工作,E-mail:。46灰2023年第8 期施工二技术程煤法满足安全高效移架要求的问题诸多研究学者针对综采工作面回采巷道超前支护等相关问题,已经开展了大量的研究工作。王琦等1 运用理论分析、数值模拟、工程的类比等方法对超前支护进行全方位的探究,并提出无重复协同支护的概念;郭继圣3 结合理论、数值模拟等方式方法对巷道的超前部分支护参数、支架型号组合调配进行了研究;王国法等4 提出低的初使支撑力、高的工作阻力方式的超前支护有关理念;曹连民等5 成功研发了基于综采面回采巷道现场工程条件的迈步分体式超前支架,并在现场工程中得到应用;曾明胜6 针对深部综采放顶煤工作面的回采巷道变形和影响范
10、围较大情况,研发了一种加强型的超前支护体系,同时对支护体系稳定性做了全方位的剖析;徐亚军等7 阐述了超前支架的自动相适应有关理论,而且研发了能够走起来的超前支架;刘金海等8,9 在超前支架和围岩的相互作用前提下对超前支护相关问题进行探究,重点对超前支护的强度和支护设备结构形式等方面进行探究,完成了综合机械化采煤面的有关选型研究。符大利10 通过现场资料整理、理论分析和模拟等方式方法,对智能化综采面超前支护控制技术做了研究,构建了超前支护设备力学模型,给出了科学合理的支护强度,保障了综采面安全、高效生产。上述研究对综采工作面回采巷道超前补强支护后续发展等方面有很重要的意义,为综采工作面安全、高效
11、支护打下了坚实的基础,但是针对回采巷道超前补强支护问题,还需要更进一步的考虑大断面、特殊地质条件等情况下的补强支护。目前已对2-2051巷(原材料大巷)变形较大地方进行了补强支护,但为保证2-2 0 5工作面安全高效回采,预防2-2051回采巷道顶板破碎区域在回采期间出现支护失效情况,采取兼顾经济性与工程效率的补强支护方案是当前迫切需要解决的工程问题。根据腾晖矿2-205综采面回采巷道使用矿井原材料大巷且具有大断面及部分区域顶板破碎的特点,提出回采巷道顶板破碎区域采用注浆锚索和单体液压支柱配合梁的复合支护方式进行补强支护,并应用于工程现场,确保了回采期间巷道顶板安全,实现了综采面的安全高效回采
12、1工程背景腾晖矿2-2 0 5工作面所开采的是2 号煤层,该煤层处在山西组下段的上部分,煤层的赋存比较稳定,平均的煤厚是5.57 m。煤层的单轴抗压强度为7.35MPa,煤层的倾角平均是2,煤层对应的结构是从简单到较复杂的结构,最多含有两层的夹研,夹研主要是泥岩和砂质的泥岩,煤层的层理属于中等发育,节理属于较为发育。煤层的顶底板情况见表1。表1煤层顶底板情况煤层相对位置岩性厚度/m具体描述深灰色的,单轴抗压强直接顶部分砂质泥岩3.20度为4 1.8 8 MPa灰色的,以石英为主要基本顶部分中粒砂岩4.80成分,单轴抗压强度67.43 MPa黑色的,单轴抗压强度直接底部分泥岩6.7029.77
13、MPa基本底部分粉砂岩7.22灰黑色,粉砂状结构腾晖矿2-2 0 5工作面地表沟壑纵横,地表黄土层覆盖较厚,多为荒山荒坡,上部沟内无山泉涌水、周围没有发现滑坡、地表裂缝、塌陷区。最高处位于山梁,标高为+8 16 m,最低处位于沟谷,标高为+6 6 6 m,回采期间对地面影响不大,煤层底板标高2 96 32 2 m,埋深37 0 4 96 m。腾晖矿的2-205开采工作面,对应的地下位置为二采区巷道向前方向的右侧,北面有落差6 8 m的F断层,南部为+330 水平运输大巷,西部为二采区运输巷,东部为2 号煤集中材料大巷。2-2 0 51巷道长为766m,工作面切巷长为30 0 m,工作面布置如图
14、1所示。儿2022巷2052巷二采区胶带巷2021巷二采区轨道巷2-205工作面二采区回风巷二采区胶带联巷2051巷材料大巷胶带大巷回风大巷组装室图12-205工作面布置腾晖矿以往综放工作面两巷超前采用单体液压支柱配合梁支护,由于2-2 0 51巷使用矿井原材料大巷,材料大巷(现2-2 0 51巷道)、运输大巷及回风大巷为二采区3条并行排列的煤层巷道,大巷间保护煤柱宽度为30 35m,三条大巷左侧布置有回472023年第8 期程炭施工煤二技术采工作面,受到工作面终采线前方采动应力作用,尽管材料大巷距左侧回采工作面终采线位置距离较远,超过135m,但仍然受到采动破坏,有喷浆层离层、网包开裂、顶板
15、松软破碎等问题。为了保证2-2051巷顶板的安全稳定,采用注浆锚索和单体液压支柱配合梁的复合支护进行加强支护1-152工作面超前支承压力分布规律对2-2 0 5工作面采取现场监测的方法获得了工作面开采过程中超前支承压力的有关分布规律情况。对工作面液压支架的工作阻力监测结果和顶板岩层的强度综合分析,研判可知2-2 0 5工作面的直接顶首次垮落步距11m,没有悬顶距,顶板对应的垮落属于按层位依次垮落。该工作面的基本顶首次来压的步距为18 m,基本顶首次来压步距在不同位置有所不同,上端头位置区域平均2 3m,中间部分平均16m,下端头位置区域平均17 m。针对整个工作面来说,其基本顶周期来压的步距平
16、均9m,最大15m,最小3m。对于基本顶的来压强度来说,动压系数可以表明其强度的大小程度,结合工作面液压支架的工作阻力监测结果可知,2-2 0 5开采工作面的动压系数是1.0 8,来压强度较为缓和。针对回采巷道顶板窥视情况分析,在2-2 0 51巷道进行了五组围岩结构测试,具体位置如图2 所示。根据窥视结果分析可知,顶板裂隙最大深度在6.2m处,0 4.8 m范围内裂隙较为发育。窥视结果以五组中的第四组为例,如图3所示。观测结果表明,2-2 0 51巷作为原材料大巷,因其服务周期长,巷道断面跨度大的特点,其顶板部分区域出现了破碎现象,该区域内部距顶板2 5m处出现不规律的裂隙分布状况,致使区域
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