综采工作面大断面开切眼支护技术研究及应用

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：济矿集团霄云煤矿综采工作面大断面开切眼施工时采用了高强预应力锚杆+w钢带+锚索（梁）+单体液压支柱联合支护方法，有效的控制了顶板围岩的强烈变形、断裂，保持了切眼的稳定性，取得了显著的技术经济效益。
　　关键词：综放；开切眼；联合支护
　　1.概况
　　随着矿井机械化程度的不断提高，大功率机电设备投用，设备的体积也不断增大，要求巷道断面越来越大，而随着开采煤层的加深，地压对巷道支护的要求也越来越高。尤其综采工作面大断面开切眼时位于煤层中施工，松软的岩性加剧了支护的难度。
　　霄云煤矿1307工作面煤层倾角19°～25°，平均21°，煤层普氏硬度系数f=1.5，中硬。工作面选用ZY6800/20/42型液压支架，为了满足调架及设备安装空间，要求切眼净宽度7.6m，净高3.0m。由于三煤顶板为典型的复合顶板，岩性差，节理裂隙发育，而切眼跨度大，切眼导硐掘进期间即出现片帮和顶板下沉等压力显现，因此必须优化巷道支护形式，确保切眼支护质量。
　　2.支护方案
　　由于综采支架安装所需断面较宽，切眼支护比较困难。传统的支护方式为钢梁木腿支护，由于钢梁长、跨度大、受力易弯曲，中间还需加点柱。这种支护方式钢梁消耗量大，工人劳动强度高，安装空间小，工艺复杂，速度慢，而且易倒柱、倒腿、冒顶、不安全。
　　采用高强预应力锚杆+w钢带+锚索（梁）+单体液压支柱联合支护方法具有施工速度快，支护成本低（单体液压支柱、棚梁等支护材料安装完工作面后可全部回收），支护效果好等优点。用于综采工作面切眼支护可提高安全系数，增大支架安装空间，减少材料投入，加快安装速度。
　　3.支护原理
　　3.1高强预应力锚杆+w钢带支护技术原理
　　巷道开掘后，通过高强预应力锚杆预紧力（初锚力）作用，顶板岩（煤）层沿锚杆轴向受到挤压，使锚杆周围的危石块彼此挤紧，从而在顶板围岩内形成一个挤压加固组合梁，支承上覆岩层的压力。而w钢带的加入增大了组合梁的范围和整体性，并使组合梁更加坚固。
　　当锚杆有效长度未穿过直接顶岩层时，该组合梁单独作用；当锚杆有效长度穿过直接顶锚入老顶岩层时，该组合梁悬吊于老顶并与老顶共同作用。由于该组合梁直接位于巷道顶板，所以，无论是挤压加固拱支护机理，还是悬吊支护机理，直接影响巷道矿压显现的主要因素之一是该组合梁本身的力学特征。
　　3.2锚索（梁）支护技术原理
　　（1）而安装锚索的目的是使锚索穿入稳定岩层形成悬吊梁，减缓组合梁的下沉及破坏；同时增大了锚固体的抗剪切滑动安全系数；锚索在水平应力作用下能产生张力，相应增大了预紧力，起到很好的支撑作用。
　　（2）锚索施工在巷道顶板，在上方进一步形成更厚组合梁。这种组合厚岩层在上覆岩层载荷的作用下，其最大弯曲应变和应力都将大大减少，组合梁的挠度也减少；而且组合梁越厚，梁内最大应力、应变和梁的挠度也越小。
　　（3）锚索梁的应用是基于以上组合梁的基础上进一步扩大组合梁的范围性和整体性，即将多块的小组合梁顺次的连接成一个整体，从而形成一个更大的组合梁。
　　3.3单体液压支柱支护技术原理
　　巷道断面越大，采用锚杆、w钢带、锚索（梁）联合支护后形成的组合梁跨度就会越大，组合梁内部的应力、应变和挠度就会越大。
　　1307切眼断面较大，利用单体液压支柱配合工字梁在组合梁应力、应变和挠度较大的部位形成支柱式架棚支护，承载大部分的压力，并将压力传入巷道底板，以减小顶板的变形破坏。
　　4.具体支护方案布置
　　该巷道采用锚网索梁+W钢带+单体液压支柱联合支护做为永久支护，顶帮部均采用φ20×2100mm的锚杆，间排距为800×800mm。巷道顶部采用锚杆，8#铁丝编制而成的菱形网，W钢带梁，锚索（梁）和单体液压支柱联合支护作永久支护。帮部采用锚杆和8#铁丝编制而成的菱形网作永久支护。锚杆外用木托盘、铁托盘配合标准螺母紧固。巷道在支护中，当围岩稳定性较差时，锚杆间排距缩小为600×600m。锚索的布置方式为沿巷道中心向两侧纵向布置，锚索规格为φ17.8×6500mm的钢绞线。每相邻2根锚索为1组用长2.0m的12#槽钢（眼孔中心到中心距离为1600mm）连接，锚索间排距为1600×1600mm。锚索为“三花”布置，锚索梁为“交错迈步”布置。单体液压支柱采用DW2.8、DW3.15、DW3.5、DW4.0（以DW3.15为主）。间距为1000mm，排距为2600mm。顶部配3.0m长11#矿用工字钢联合支护。
　　5.技术经济效益分析
　　（l）提高了切眼的支护效果，减少了复杂的安装工序，有利于支护安装。。
　　（2）降低了支护成本。此联合支护与钢梁木腿支护相比，不仅节约大量钢梁，而且减少了坑木等材料消耗。
　　（3）减轻了工人劳动强度。锚杆等材料与钢梁木材相比，质量轻、安全方便。在运输、安装方面都较省力，而且不用回收，取消了运棚子、架棚子、回棚等繁重的体力劳动。
　　（4）提高了支架安装时的安全系数。支架安装时减去了打托木、贴帮腿等工序。液压支柱及工字梁可以边安装支架边回撤，防止了冒顶事故的发生，提高了支架安装时的安全可靠性。
　　6.结论
　　通过比较、分析支护效果和具体的施工实践，采用高强预应力锚杆+w钢带+锚索（梁）+单体液压支柱联合支护方法有效地控制了巷道顶板围岩。矿压观测结果表明，围岩基本趋于稳定，完全满足巷道使用要求，达到了预期的支护效果，在技术上和理论上是切实可行的。本支护方式有效的提高了巷道支护效果，降低了巷道维护成本、减轻了工人劳动强度，消除了二次支护，同时也改善了作业环境，保证了安全生产，为采煤工作面的快速安装、推进，实现高产、高效创造了良好条件。此支护工序简单，施工方便，且易于操作，是一种积极主动的支护方式，最为重要的是它安全、高效，因此可以在施工综放工作面切眼中加以大力推广和应用。
　　近五年来，本支护方法已在济矿集团霄云煤矿进行了全面推广。目前1302、1305综采工作面开切眼均采用本方法支护，有效的控制了顶板围岩的强烈变形、断裂，保持了原切眼的稳定性，从而实现了综采工作面的安全、顺利安装，取得了显著的技术经济效益。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/4/view-4409952.htm