新楊煤礦薄煤層錨網支護開采實踐

饒家運

(淮南東辰集團恒力偉業實業公司, 安徽淮南 232072)

新楊煤礦薄煤層錨網支護開采實踐

饒家運

(淮南東辰集團恒力偉業實業公司, 安徽淮南 232072)

薄煤層錨網支護開采是煤礦開采支護的一種方式,其關鍵是巷道布置的優化設計和支護方式的合理選用;薄煤層采用錨網支護工藝,提高了掘進效率,增強了支護強度,加強了頂板管理,降低了成本。

薄煤層錨網支護; 掘進效率; 頂板管理

一 薄煤層開采的意義

煤炭資源是不可再生資源,它的儲藏量是有限的。我國薄煤層的儲量約占總儲量的20%。隨著煤炭資源的枯竭,為了提高煤炭資源回收率,薄煤層資源非常重要。

隨著老區逐步延深,瓦斯涌出量大,薄煤層當做解放層開采。一是為了解決煤層突出瓦斯問題;二是提高薄煤層資源回收率。

薄煤層錨網支護開采工藝替代了工字鋼棚支護后,提高了掘進效率,增強了支護強度,加強了頂板支護管理。煤巷錨網回收方便,降低了成本。如新楊煤礦薄煤層錨網支護開采工藝有效的控制頂板,擴大了支護斷面,對推廣應用該工藝有十分重要意義。

二 薄煤層錨網支護

煤炭開采中,巷道支護很重要,它直接關系到煤礦安全生產中頂板管理工作。一般情況下開采薄煤使用的支后護方法為工字鋼棚或∪型棚,此種支護方法影響掘進速度,且支護材料消耗大、巷道維護工作量大。特別是采準巷道量大,且受采動影響,巷道容易變形,對采煤影響較大。薄煤層錨網支護開采工藝替代了工字鋼棚支護后,提高了掘進效率。

薄煤層錨網支護增強了支護強度,加強了頂板支護管理。操作方便,施工簡單。有效的增加了通風斷面,安全、可靠,煤巷錨網回收方便。擴大了支護斷面,降低了成本。

三 應用實例

(一) 地質概況

新楊煤礦井田位于淮南復向斜南翼,八公山單斜構造中段,地層屬二疊系石盒子組。D20煤層走向330°～360°,傾向NE,傾角12°～19°,煤層厚度0.1～2.0 m。井田南起F10-5斷層,北至F10-4斷層,平均走向1 600 m,深部走向變長,幾何形狀為正梯形。-194 m以上井田被F10-5(5)斷層切割成南、北兩塊;-194 m以下南部又被F10-5(8)斷層切割成南、中、北三塊,這些斷層的斷距均在40 m以上。靠近這些斷層,次生羽狀小斷裂較發育,并伴生小褶曲。

本井田南部煤層厚度0.7～2.0 m,全部可采,平均厚度1.4 m;北部煤層厚度0.1～2.0 m,開采厚度0.7～1.6 m,變薄帶不采,平均厚度1.1 m。該煤層膠結好、硬度大,經觀察,巷道煤壁歷經數年均未出現風化散落。

D20煤層頂部有一層0.05～0.2 m厚的黃褐色泥巖層,可隨開采冒落,其上為一層9～10 m的細砂巖直接頂板;直接底為一層2～3 m的中粒砂巖。

(二) 薄煤層錨網支護方法

1 巷道布置的生產技術條件

該巷道為礦井南翼主要運輸巷道,采用1 t礦車運輸。根據煤層傾角和運輸需要,采用跟頂倒梯形斷面,凈寬2.4 m,下幫1.6 m,上幫2.4 m,凈斷面4.8 m,能夠滿足運輸和通風的需要。

根據錨桿支護原理,計算錨桿支護參數如下:

巖石載荷高度H的確定。

其中:MBR為地質力學分級指標,D20取30;

B為巷道跨度 B=2.4;

確定理論錨桿長度Lb。Lb=0.35,B=0.84 m;

考慮煤層厚度變化等因素,實際取1.6 m;

錨桿排距Sb1的確定。Sb1=0.7 m;

錨桿間距Sb2的確定。根據錨桿懸吊理論:

其中:Sb2錨桿間距,設計取0.7 m;Cb錨桿承受能力,取50 kN;X圍巖容重取23.62 kN/m3;F安全系數2～3,取2;

錨桿直徑的確定。根據材料力學得出錨桿直徑:

其中p取0.1 MPh;

Jb為圓鋼錨桿屈服點,取410 MPa;設計中選用Φ16 mm圓鋼錨桿;

錨桿布置考慮頂板上、下肩窩排排有錨桿,錨桿采用正方形布置。錨桿孔徑為28 mm,每排使用10根樹脂錨桿,錨條1 600 mm×100 mm,采用Φ12 mm圓鋼焊接,錨網1 600 mm×900 mm,Φ6 mm鋼筋焊接,網眼100 mm×100 mm,網間壓茬100 mm。

2 巷道支護施工工藝

臨時支護→標定錨桿眼眼位→打錨桿眼→清孔→裝樹脂藥卷→插入錨桿→攪拌樹脂→鋪設鋼筋網→安設錨條→安裝托板及螺母→緊螺母。錨梁網支護巷道的變形規律與其它形式支護的巷道的變形規律基本相似,因D20槽煤頂底板巖性較好,巷道開挖后,圍巖的位移量很小,表面觀察,整個掘進期間,無明顯變化。只是在回采時受動壓影響,巷道局部上幫有點變化,但整體看,巷道的收縮率很小,巷道周邊的圍巖保持的也很完好,這充分說明錨梁網支護對抑制圍巖的變形和破壞有明顯的效果。

(三) 效益分析

1 支護技術效果

錨梁網支護是一種新的支護形式,它可以主動加固圍巖,并能利用圍巖自承能力支護巷道,圍巖經組合錨桿錨固后,即形成組合巖梁,該巖梁改善了圍巖的應力分布狀態,呈讓壓式承受上覆巖層的載荷,它對于保持圍巖的完整性也有明顯的效果。同時又減輕了工人的體力勞動,改善了生產環境,減少了巷道的維修量。

2 經濟效益

一是節約了支護材料,降低了成本,錨梁網支護的巷道,每米初次投入鋼材為45.3 kg(包括錨桿、錨條和錨網等),工字鋼支護的巷道,每米初次投入鋼材為344.5 kg,后者每米巷道使用的鋼材為前者的7.3倍,工字鋼支架每米初次投入的成巷費為1 730元,錨梁網支護每米初次投入的成巷費為535元,前者每米巷道初次投入的成巷費用為后者的3.2倍。

二是減少了巷道的維修量,采用工字鋼棚費用高,且占用時間長,下階段回采時才能回收復用,使用坑木支護一年必須大修一次,使用錨梁網支護,基本上不用大修,上階段回采后,下階段只需清理、整軌,就可為下階段服務。

四 結論

錨梁網支護能主動、及時地加固巷道周邊的圍巖,并能利用圍巖的自身承載能力使錨網與圍巖組合巖梁,并能形成整體支護結構。這種支護結構既能承受上覆巖層的載荷,又具有一定的變形讓壓能力,較好地保持圍巖的完整性,因此它是一種剛柔結合的新的支護形式。安全、快捷。

施工中在頂板比較完整一段頂板只打錨桿,不加網和錨條,下幫不支護,為裸面;上段工作面回采后,也無大的變化。因此,向D20槽煤層頂底板這樣的巖性,在正常情況下,建議采用頂板只設計單體錨桿,不用錨條和錨網組合,上幫仍采用錨梁網,下幫不支護。這樣每米又可減少錨桿3根,錨網1.4塊,錨條1.4根,支護材料費用更低。在巷道交叉口或過斷層帶時前、后增加錨索,增加圍巖的穩定性、安全性。提高了掘進效率,增強了支護強度,加強了頂板管理,降低了成本。

[1] 何滿潮,袁和生.中國煤礦錨桿支護理論與實踐[M].北京:科學出版社,2004.

[2] 何滿潮,袁和生.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].北京:科學出版社,2008.

[3] 淮南礦業學院井巷設計編寫組.井巷設計[M].北京:煤炭工業出版社,1983

[4] 張榮立,何國偉,李鋒.采礦工程設計手冊[M].北京:煤炭工業出版社,2008.

TD353

B

1671-4733(2010)04-0021-02

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.007

2010-11-12

饒家運(1959-),男,安徽淮南人,助理工程師,從事煤礦生產技術管理工作,電話:15855411688。