枣泉煤矿130202工作面胶带运输巷的优化设计

来源:用户上传      作者: 马永生

　　[摘 要]本文根据枣泉煤矿130202工作面胶带运输巷的地质概况和巷道支护现状，分析了巷道支护中存在的问题，并提出了优化设计方案。经现场试验，新型支护设计不但支护效果得到了加强，而且支护成本也有所下降。
　　[关键词]支护方案；优化设计；锚杆；桁架
　　中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0037-01
　　一、引言
　　枣泉煤矿自建矿以来，巷道支护密度及强度不断增加，几乎已达到了无以复加的地步，究其原因，主要有以下四个方面原因：一是枣泉煤矿井田主体构造为东西两翼对称向南倾伏的碎石井背斜构造，地应力较为集中，原岩应力较大，不利于巷道支护。二是煤层开采深度逐年增加，随着煤层埋深的不断增加，巷道垂直应力也随之增大。目前，我矿13、14采区最大埋深在13采区集中泄水巷，距地面约为760米。三是大的地质构造对巷道支护效果的影响也是导致我矿巷道支护密度不断加强的原因。我矿所有工作面均处在碎石井背斜构造两翼，地质构造复杂，13、14采区揭露的DF50正断层最大落差达到52米。四是我矿采用沿空掘巷及双巷掘进的掘进方式，回采工作面采空区的采后动压、余压对巷道影响特别剧烈。
　　二、工程概况
　　2.1、130202工作面胶带运输巷地质概况
　　枣泉煤矿130202工作面胶带运输巷所揭露煤层为二层煤，倾角在2°～15°之间，煤层平均厚度8.23m，煤层厚度变化不大，结构简单，煤层下部有1～2层0.05―0.2m厚的夹矸，属稳定煤层。二煤直接顶为炭质泥岩，平均厚度为10.48m；老顶为细粒砂岩，平均厚度548m。底板为泥岩，平均厚度为10.5m。本巷道水文地质条件简单，水的来源主要为中侏罗统直罗组～2煤间砂岩含水层。
　　2.2、130202工作面胶带运输巷原支护方式
　　130202工作面胶带运输巷设计断面为矩形，巷道设计掘进宽度为5300mm，掘进高度3850mm，掘进断面积20.41m。胶带运输巷永久支护采用“锚、网、索、钢带”联合支护形式，具体如下：
　　顶板支护：顶部布置8根规格为22#-M24-2500 BHRB500的高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间、排距为720×900mm。顶部打设一组三根锚索的桁架，锚索采用规格为Ф21.98×8300mm的预应力钢绞线，锚索间排距1800×1800mm。桁架采用11#工字钢加工，加工长度为4100mm，3个孔，孔距1800mm。顶部铺设Ф6.5钢筋加工的规格为5300×900mm的钢筋网，网孔规格为100×100 mm。
　　两帮支护：两帮各布置4根规格为20#-M22-2000 BHRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间、排距900×900mm。帮部采用规格为3100×1000mm的可拉伸塑料网，网孔规格均为40×40mm。
　　三、目前巷道支护存在的问题
　　1、锚索桁架存在的问题
　　（1）“口字型”锚索桁架布置方式中的走向锚索桁架滞后施工，影响支护的及时性，张紧时可能使桁架附近布置的锚杆失效；（2）锚索桁架容易切断钢带及顶网，破坏顶板支护的完整性；（3）锚索桁架梁在顶板不平处接顶不严，影响支护的整体性。
　　2、 钢带长度与巷道掘进宽度的关系
　　按照回采工作面顺槽巷道设计要求，巷道掘进支护所使用的钢带长度与巷道掘进宽度相等，但是在实际生产过程中，综掘机炮头截割巷道肩窝时，无法形成与设计断面中一样的直角，造成肩窝处钢带弯曲安装，肩窝处锚杆不能垂直顶板打设。施工单位往往以刷大肩窝的方法铺平钢带，这样一来就会造成巷道超宽的现象。
　　3、 顺槽巷道帮部支护存在的问题
　　（1）顺槽巷道在受采动影响后，容易发生帮部鼓起、底脚呈斜面等现象。
　　（2）顺槽巷道顶板支护强度较强，帮部支护强度较弱，受采后动压影响后，巷道两帮发生移近，导致巷道底板鼓起及顶板吊包。同时，帮部打设的护帮锚索桁架支护效果较单点锚索支护效果差。
　　4、锚杆构件存在的问题
　　（1）锚杆螺母规格及质量标准不统一，不合格品容易出现脱扣、预紧力不够等现象。
　　（2） 锚杆配套的穹型铁托板标准不统一，不合格品为点接触，容易发生切断钢带及顶网等现象。
　　5、操作过程中存在的问题
　　（1）施工过程中，工人施工方式不正确导致锚杆（锚索）打设及安装角度不符合规定，导致锚杆（锚索）预紧力不够（锚杆、锚索失效）、钢带变形、锚索切断等现象，不利于巷道支护的有效性。
　　（2）由于施工进度紧张，导致锚杆锚索搅拌时间不够，张紧力不够、预紧力不够等现象，不利于巷道支护的及时性和有效性。
　　四、顺槽巷道新型支护优化设计
　　1、胶带巷顶板新型支护方式
　　（1）锚索桁架布置形式：单点锚索倾向“四・三”布置，采用300×300×16mm锰钢穹型托盘（带挑衅球垫），间排距分部为1200×1800mm及1600×1800mm；
　　（2）顶锚杆（锚索）布置形式：全4300mm长锚索布置、锚索间隔布置、全锚杆布置，间排距800×900mm。
　　胶带巷顶板采用单点锚索代替锚索桁架的布置形式，在埋深较深巷道压力较大的巷道内，锚索布置形式为“四・三”式布置；在矿压显现稳定，顶板完整性良好的巷道内，可将单点锚索的布置形式变更为倾向布置四根单点锚索，锚索间排距为1200×1800mm。
　　2、新型支护方式钢带型号的确定
　　为了确保钢带的支护效果，钢带长度比巷道宽度短200mm，两端眼孔距钢带端头150mm，钢带中间眼孔均匀布置。因此，经过优化设计将胶带巷钢带型号变为：W280×5100×5mm-800-7；辅助巷钢带型号变为：W280×4500×5mm-700-7（全锚索布置时钢带型号W280×4500×5mm-840-6）。
　　3、巷道帮部新型支护方式
　　顺槽巷道帮部受采后动压影响，帮部鼓起量大，原支护采用的20#-M22-2000 BHRB335的左旋螺纹钢锚杆杆体长度及破断载荷不能满足巷道帮部支护要求，所以将帮部锚杆替换成22#-M24-2500 BHRB500的高强左旋螺纹钢锚杆。为了确保工作面回采过程中巷道上帮的稳定性，在巷道上帮施工五排锚杆，间距为800mm，下帮间距不变；同时，帮部遇到断层面、节理发育或其他煤壁破碎现象时，护帮锚索采用单点锚索配合锰钢穹型托盘打设。
　　4、锚索、锚杆预紧力要求
　　根据我国煤矿巷道条件、现有锚杆、锚索规格及张拉设备，锚杆、锚索预紧力一般应为其拉断载荷的40%-70%。
　　（1）我矿使用的Φ21.98mm型钢绞线抗拉强度为500KN，根据40%计算锚索预紧力要求达到200KN（换算为张紧压强为40MPa）；我矿使用的锚索张紧器具为MD22-280/40型锚索张拉器，额定张拉力为280KN，千斤顶额定压力为40MPa，完全符合要求。
　　（2）我矿使用的22#-M24-2500 BHRB500的高强左旋螺纹钢锚杆抗拉强度为250KN，根据40%计算预紧力要求达到100KN（换算为张紧压强为20MPa）；我矿使用的锚杆拉拔仪为LDZ-400型锚杆拉拔仪，额定拉拔力为400KN，额定压力为20MPa，完全符合要求。
　　六、结束语
　　采用新型支护优化设计方案后，支护及时性得到了加强，优化设计中单点锚索需每循环打设，紧跟迎头，确保了支护的安全；采用锰钢穹型托盘，接触面为面接触，加强了支护效果，有利于保持顶板的完整性，有效的减少了二次施工及维护。综合分析支护效果及成本，胶带巷新型支护设计不但支护效果得到了加强，而且支护成本也有所下降，从技术和经济两方面来看，新型支护方式是可行的。
　　作者简介：马永生（1984―― ），男，本科，助理工程师，现就职于神华宁煤枣泉煤矿，主要从事掘进生产管理方面的工作。
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