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快速掘進(jìn)條件下回采巷道支護(hù)優(yōu)化研究

2020-09-10 01:28賈雨
關(guān)鍵詞:快速掘進(jìn)巷道掘進(jìn)

賈雨

【摘 要】 采掘接替緊張制約礦井高效生產(chǎn),急需提升巷道掘進(jìn)效率來緩解上述問題,然而傳統(tǒng)巷道支護(hù)技術(shù)存在耗時(shí)長(zhǎng)、支護(hù)效率低等問題,不能滿足巷道快速掘進(jìn)需要,為此文章提出采用柔性錨桿替代傳統(tǒng)錨網(wǎng)索對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化,提高巷道支護(hù)效率,從而實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)。研究表明:1)柔性錨桿可以給巷道頂板提供足夠的支持強(qiáng)度,降低巷道支護(hù)耗時(shí),達(dá)到快速掘進(jìn)的目的;2)優(yōu)化后的頂板錨桿數(shù)量顯著降低,排距由1.1m提升至1.5m;3)頂板巖層破碎圈分布在1.0m以內(nèi)最大下沉量在12mm,圍巖變形不會(huì)給巷道正常使用帶來不利影響;4)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺由450m/月提升至550m/月,提升率為21.7%,巷道綜合支護(hù)成本降低12%。采用柔性錨桿對(duì)回采巷道支護(hù)優(yōu)化,不僅可以確保巷道圍巖穩(wěn)定,而且提升了巷道掘進(jìn)效率,具有一定的推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 巷道掘進(jìn);掘錨機(jī);柔性錨桿;聯(lián)合支護(hù);快速掘進(jìn)

【中圖分類號(hào)】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102(2020)04-0004-03 開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

采掘接替緊張是礦井生產(chǎn)過程中面臨的現(xiàn)實(shí)問題,針對(duì)巷道掘進(jìn)效率低、速度慢問題,眾多的研究學(xué)者展開了研究,其中王玉寶等對(duì)制約山西西山礦區(qū)巷道快速掘進(jìn)影響因素進(jìn)行分析,提出具體改進(jìn)措施;楊云鋼等提出提高巷道掘進(jìn)及支護(hù)機(jī)械化水平實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn);王同旭等認(rèn)為巷道支護(hù)強(qiáng)度與支護(hù)參數(shù)有密切關(guān)系,通過優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)在確保巷道圍巖穩(wěn)定的前提下提升巷道支護(hù)效率。巷道掘進(jìn)效率及回采推進(jìn)速度間的不匹配儼然已經(jīng)成為制約礦井高效生產(chǎn)的瓶頸,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)巷道支護(hù)耗時(shí)占據(jù)整個(gè)掘進(jìn)生產(chǎn)耗時(shí)約70%,為了提升巷道掘進(jìn)效率,需提高支護(hù)效率降低支護(hù)耗時(shí)。為此文中提出采用高預(yù)緊力長(zhǎng)錨固技術(shù)來替代傳統(tǒng)的螺紋鋼錨桿及鋼架線錨索支護(hù),在保證巷道支護(hù)強(qiáng)度的前提下降低支護(hù)耗時(shí),實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)。

1工程概況

山西某礦開采2號(hào)煤層埋深615~658m,煤厚平均2.71m,傾角2°,21305回采工作面開采2號(hào)煤層,具體采面頂?shù)装鍘r性見圖1。

21305回風(fēng)巷為矩形巷道,寬、高分別為5.4m、3.35m,采用MB670掘錨機(jī)一次成巷掘進(jìn),基本實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè),月進(jìn)尺450m,巷道掘進(jìn)速度不能滿足采面高效回采需要。因此,文中以21305回風(fēng)巷為工程研究對(duì)象,通過對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,來提高巷道掘進(jìn)速度。

2巷道原支護(hù)方案

21305回風(fēng)巷原采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式見圖2。

頂板錨桿為左旋螺紋鋼(φ22mm×2500mm),間距為900mm、1000mm、1000mm、1000mm、900mm,共布置6根;錨索為鋼絞線(φ21.8mm×7200mm),間排距1500mm×1500mm。鋼筋梁采用φ6.5mm圓鋼制作,長(zhǎng)、寬分別為5500mm、1100mm。巷幫分別采用4根與頂板一樣的錨桿支護(hù),間排距為900mm×1100mm。巷道采用的支護(hù)方式雖然能滿足圍巖控制需要,但是錨索、錨桿數(shù)量多,整個(gè)支護(hù)過程仍耗費(fèi)大量時(shí)間,因此,提出采用高預(yù)緊力錨固技術(shù)來對(duì)巷道頂板支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化,降低支護(hù)耗時(shí)。

3巷道支護(hù)優(yōu)化

3.1高預(yù)緊力錨固技術(shù)概述

該技術(shù)支護(hù)采用的柔性錨桿工作效率及支護(hù)性能可以較普通螺紋鋼錨桿提升3倍以上。采用的柔性錨桿具有支護(hù)能力強(qiáng)、預(yù)緊力高、承載力強(qiáng)、工藝性能良好,對(duì)巷道圍巖變形具有較強(qiáng)的控制能力等優(yōu)點(diǎn)。在21305回風(fēng)巷支護(hù)選用的柔性錨桿為1×19股鋼絞線(1+9+9),錨桿參數(shù)為:桿體直徑φ=21.8mm;桿體延伸率δ=7%;桿體強(qiáng)度fst=1860MPa;拉斷載荷N≥580kN;預(yù)緊力FN=250kN。

3.2支護(hù)優(yōu)化

采用柔性錨桿替代原有的錨網(wǎng)索支護(hù)方式,并采用工程類比法確定巷道支護(hù)參數(shù):在頂板布置4根φ21.8mm×4000mm,兩側(cè)錨桿距離巷幫650mm,錨桿間距為1057mm、1986mm、1057mm,錨桿施工完畢后提供的預(yù)緊力在250kN以上,錨桿排距為1500mm;為了進(jìn)一步提升頂板巖層穩(wěn)定性,在頂板中部增設(shè)一根φ22mm×2500mm錨桿。巷幫支護(hù)方式不變,錨桿排距從1100mm增加至1500mm。優(yōu)化后的頂板支護(hù)參數(shù)見圖3。

3.3支護(hù)參數(shù)校核

3.3.1錨桿長(zhǎng)度

21305回風(fēng)巷為矩形巷道,頂板巖層較為穩(wěn)定,按照組合梁理論對(duì)錨桿支護(hù)長(zhǎng)度(l)進(jìn)行校核,具體計(jì)算公式為:l=l1+l2+l3(1)

l1~l3分別表為錨桿外露長(zhǎng)度(0.3m)、有效長(zhǎng)度以及錨固長(zhǎng)度(取值1.4m)。

其中:m1表示巷道頂板最下層巖層厚度(取值0.35m);Ki表示安全系數(shù)(取值8~10);pi表示巖層垂向均布載荷(kN/m3);σi表示頂板最下層巖層抗拉強(qiáng)度(MPa)。

根據(jù)21305回風(fēng)巷上覆巖層巖性,計(jì)算求得a≤2096mm。設(shè)計(jì)的錨桿最大間距為1986mm

4優(yōu)化效果分析

4.1圍巖裂隙擴(kuò)展情況

采用鉆孔窺視儀(ZKXG30)對(duì)優(yōu)化后的圍巖裂隙發(fā)育、頂板離層以及圍巖破碎程度進(jìn)行觀測(cè),具體結(jié)果見圖4。

從窺視結(jié)果得出,鉆孔0.5m以內(nèi)均為泥巖,0.5~0.75m間為粉砂巖,0.75m以上大部分為泥巖,部分夾雜有砂巖。頂板上所有的破碎區(qū)以及層間離層均出現(xiàn)在頂板上覆1.0m以內(nèi),具體離層位置為頂板上覆0.16m、0.23m、0.73m以及0.95m處,離層量較小;在頂板上覆1~10m范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有離層以及裂隙發(fā)育情況。

4.2圍巖變形

對(duì)優(yōu)化支護(hù)后的圍巖變形監(jiān)測(cè),在滯后掘進(jìn)迎頭100m范圍內(nèi)頂板下沉速率較快,在滯后迎頭120m范圍內(nèi)巷幫變形速率較快,頂板、巷幫最終變形量穩(wěn)定在12mm、16mm,整體變形量較小,不會(huì)給巷道正常使用帶來不利影響。具體優(yōu)化支護(hù)后的頂板、巷幫現(xiàn)場(chǎng)圖見圖5。

4.3巷道掘進(jìn)進(jìn)尺

對(duì)21305回風(fēng)巷支護(hù)優(yōu)化后掘進(jìn)進(jìn)尺介于21~31.5m/d,平均為25.3m/d,每班巷道頂板支護(hù)時(shí)間縮短1.5h以上,月平均進(jìn)尺量達(dá)到560m,較支護(hù)優(yōu)化前的460m增加100m。這表明,采用高預(yù)緊力長(zhǎng)錨固技術(shù)對(duì)巷道支護(hù)優(yōu)化、提高巷道支護(hù)效率以及巷道掘進(jìn)進(jìn)尺具有顯著的促進(jìn)作用,在礦井具有顯著的推廣應(yīng)用價(jià)值。

5總結(jié)

采用高預(yù)緊力長(zhǎng)錨固技術(shù)替代傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索對(duì)巷道頂板支護(hù)優(yōu)化,頂板錨固層厚度由2.4m增加至3.7m,頂板支護(hù)強(qiáng)度由0.08MPa提升至0.12MPa,圍巖裂隙圈發(fā)育深度控制在1.0m以內(nèi),強(qiáng)化了巷道頂板巖層控制;通過對(duì)巷道頂板支護(hù)優(yōu)化,每班減少支護(hù)耗時(shí)1.5h以上,巷道月進(jìn)尺量由平均460m提升至560m,提升率為21.7%,同時(shí)降低了巷道支護(hù)成本,綜合統(tǒng)計(jì)每米可降低90元支護(hù)費(fèi)用,成本降低幅度為12%。

【參考文獻(xiàn)】

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