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大斷面回采巷道支護設計研究

文檔作者：李寧文檔來源：西山煤電鎮城底礦		點擊數：	更新時間： 2025年03月17日
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煤礦現代化 2017 年第 6 期 總第 141 期1 工作面基本參數及技術條件某礦 15 號煤層 S8310 工作面走向長 1023m，工作面傾斜長度為 220m。 工作面地質儲量 210 萬 t，可采儲量 182 萬 t。 該工作面內 15 號煤層總厚度最大6.60m，最小 6.35m，平均厚度 6.51m，煤層傾角 3°~12°，平均 6°，煤層賦存穩定，構造相對簡單。 煤層結構復雜， 賦存 3 層不穩定夾石， 其中上夾石厚度0.14m 左右， 中部夾石 0.12m 左右， 下部夾石 0.14m左右。 該工作面地面標高 1156.5~1344.2m，工作面標高 609.0~664.5m。 根據地質條件分析，該工作面煤厚適中，煤層賦存穩定，構造簡單。 該工作面地面標高1156.5~1344.2m，工作面標高 609.0~664.5m。 地表位于石家山以東，彎進咀以南，大西溝以西，小西溝以北的山梁溝谷地帶，地表無建筑物，有部分農田及山林。本工作面井下位于南條帶三采區東部，東部為南條帶二采區，南部為二采區 S8211 工作面（未掘），西部為S8309 工作面（未掘），北部為 S8308 工作面（未掘）。本工作面為實體煤工作面，四周工作面均未回采。 根據地質條件分析，該工作面煤厚適中，煤層賦存穩定，構造簡單。 工作面布置圖如圖 1 所示。2 大斷面巷道變形破壞特征與原因分析圖 1 S8310 工作面布置示意圖S8310 大采高綜采工作面回采巷道，進風巷矩形斷面 5.1m×3.7m， 面積 18.87m2； 回風巷矩形斷面4.3m×3.7m，面積 15.91m2，遠大于 16m2，故此判別S8310 大采高綜采面巷道為大斷面巷道。對于大斷面巷道來說， 由于其斷面尺寸較大，斷面形狀多為矩形，當受到采動影響時，圍巖變形量及塑性區范圍更大。其破壞形式往往是多種類型復合形成，具有以下一些破壞特征：巷道圍巖變形破壞更為嚴重，發生變形破壞塑性區面積達；遇到地質構造或特殊圍巖情況時，巷道圍巖會發生突發性破壞；巷道會發生大量級的底鼓，多數情況下巷道支護的焦點在頂板及兩幫的支護，底板維護工作不夠；水和空氣也會對巷道穩定性造成影響，當巷道斷面增大時，巷道更容易受到水和空氣的影響，使巷道變形更為嚴重。大斷面巷道圍巖破壞形態受到多重因素影響，既大斷面回采巷道支護設計研究李 寧（西山煤電鎮城底礦，山西 古交 030203）摘 要 基于 S8310 大采高綜采工作面的地質特征和生產技術條件， 系統分析了大采高綜采大斷面回采巷道變形破壞的基本形式及原因，通過數值模擬結合現場實踐提出回采巷道沿頂掘進方式，最終確定 S8310 綜采大斷面回采巷道支護方案為：錨網索 +W 鋼帶（頂）聯合支護，現場實踐表明，回采巷道圍巖變形得到有效控制，支護效果明顯。關鍵詞 大采高，沿頂掘進，巷道支護中圖分類號：TD355 文獻標志碼：A 文章編號：1009-0797（2017）06-0118-04Research on the design of the back and back of the large sectionLi Ning（Xishan Coal and Electricity Zhenchengdi Mine，Shanxi Gujiao 030200）Abstract：Based on the large mining height are broken S8310 fully mechanized working face of geological characteristics and productiontechnology conditions, systematic analysis of the large mining height are broken fully mechanized large section roadway, the basic form ofdeformation and failure and the reason, through the numerical simulation in combination with the practice along the roof of roadway excavationmethod is put forward, finally determine S8310 fully mechanized large section roadway support scheme is: + W steel belt anchor wire rope (top)combined support, field practice shows that extraction to effectively control the deformation of surrounding rock of roadway, the supporting effect is obvious.Keywords：Large height ; along the top of the heading ; the roadway support· · 118萬方數據煤礦現代化 2017 年第 6 期 總第 141 期有客觀原因，又受到人為因素的影響，具體分析有以下影響因素：（1）地質條件與生產條件，主要包括：巖性的影響、上覆巖層壓力的影響、圍巖地應力的影響、工作面回采引起應力變化的影響、斷層構造的影響等。（2）支護設計方案與施工質量，巷道維護工作中，主觀因素也對其支護強度及效果產生一定的影響。施工質量不合格：人員操作的誤差、工序安排不當、假幫（頂）后空洞、施工質量達不到要求；不合適的設計：巷道支護形式單一、底板支護重視程度不夠、支護構件設計的不合理等。3 大斷面回采巷道掘進位置分析S8310 工作面采用厚煤層大采高綜采設備與回采工藝，使得工作面進、回風巷道高度小于采高，從而大采高綜采面巷道在煤層中布置的空間位置問題顯得尤為重要。若回采巷道沿著煤層頂板掘進，頂板支護對象為巖體，若沿底板掘進，支護對象為煤體，煤體強度較巖體低，需要加強巷道支護。 通過 UDEC 軟件結合工作面具體參數，在支護條件相同情況下，對沿煤層頂板掘進和沿煤層底板掘進圍巖變形情況進行數值模擬，模擬結果如圖 2 所示。分析圖（a）、（b）可知，在支護參數相同的情況下，沿煤層頂板掘進引起巷道圍巖塑性變形范圍較沿底掘進小，沿頂掘進，巷道頂板支護容易，可有效控制頂板下沉量， 加強對兩幫的支護可以減小兩幫移近量，提高圍巖穩定性。 分析圖（c）、（d）可知，較沿頂掘進，沿底掘進過程中豎直和水平方向上位移矢量明顯增大，進一步通過圖（e）、（f）可知，沿頂掘進巷道圍巖位移量更小，穩定性更好。（a）沿煤層底板掘進時周邊塑性區（b）沿煤層頂板掘進時周邊塑性區（c）沿煤層底板掘進時位移矢量（d）沿煤層頂板掘進時位移矢量（e）沿煤層底板掘進時表面位移量· · 119萬方數據煤礦現代化 2017 年第 6 期 總第 141 期（f）沿煤層頂板掘進時表面位移量圖 2 沿煤層底板和頂板掘進時圍巖變形情況當沿煤層底板掘進巷道， 一般在掘進期間圍巖相對較穩定，但在服務期間，特別是工作面回采期間，巷道圍巖（煤體）變形量很大，頂板和兩幫表面媒體破碎脫落嚴重，在每排錨桿之間由于圍巖壓力作用產生大量煤兜， 為避免頂板煤體冒落和片幫，須加強支護強度，增加錨桿錨索直徑、長度，減小排間距，以控制圍巖（煤體）的變形，沿煤層底板掘進回采巷道不利于維護，也會增加經濟成本，所以在厚煤層開采時回采巷道位置一般采用沿煤層頂板掘進。綜上分析，S8310 大采高綜采工作面回采巷道設計沿 15 號煤層頂板掘進，開切眼也沿 15 號煤層頂板掘進。 隨著工作面推進到一定距離，采高達到6.51m 后，機頭、機尾各 10~20m 范圍工作面要與兩回采巷道平緩過渡，應掌握好采高和臥底量，防止出現工作面“急凹”所造成的設備事故。4 大采高綜采大斷面回采巷道支護方案S8310 大采高綜采面回采巷道設計方案如下：巷道支護采用錨桿＋金屬網 +W 鋼帶（頂）+ 鋼筋梯（幫）+ 錨 索 聯 合 支 護 ， 頂 錨 桿 采 用 φ20mm ×2400mm 的左旋無縱筋螺紋鋼 ， 幫錨桿采用φ20mm×2000mm 的左旋無縱筋螺紋鋼，頂板錨桿間 排 距 取 800mm ×900mm， 兩幫錨桿間排距取1000mm×900mm，采用樹脂藥卷全長錨固，錨固劑為 CK2335（2 支）和Z2335（3 支），錨固長度 1.8m 左右。進、回風巷選擇均由 4mm 鐵絲編制的金屬網，頂板、 兩幫配套使用金屬網， 進風巷頂板選擇長5400mm、寬 900mm 的金屬網；回風巷頂板金屬網長4600mm、寬 900mm；進、回風巷兩幫的金屬網選擇長 3800mm、 寬 900mm。 錨桿采用鋼托盤 ， 選擇BHW-250-3.0 型 W 鋼帶，在兩幫采用由 φ18mm 的鋼筋焊接而成的鋼筋梯，在每個錨桿安裝部位焊接2 根間距為 60mm 的加強筋。 頂板每排布置 2 根φ17.8mm ×5500mm 鋼 絞 線 錨 索 ， 間 排 距 為1800mm×1800mm。 采用 5 根錨固劑錨固，CK2335（3 支），Z2335（2 支），錨固長度 1.8m 左右。 具體的進風巷支護布置如圖 3 所示。（a）進風巷（b）回風巷圖 3 進、回風巷斷面錨桿錨索布置圖5 巷道圍巖裂隙狀況分析為了更好的檢測巷道的礦壓顯現， 驗證現場支護方案的支護效果，結合井下的具體條件，選擇巷道支護方案實施后的進風巷進行鉆孔窺視探測分析，觀測巷道不同深度圍巖狀況。 如圖 4、圖 5 所示，巷道在不同的深度處巖層整體完整，沒有明顯的頂板離層、圍巖裂紋、巖層錯動等現象發生，表明了S8310 大采高綜采大斷面巷道設計方案的可靠性。5.1 進風巷頂板圍巖破壞情況在 0~1.20m 淺部巖層范圍內， 淺部巖體為黑色泥巖，受采動影響，該范圍圍巖松散、較為破碎，并且在0.68m 處出現離層現象， 如圖 4 （a） 所示；· · 120萬方數據煤礦現代化 2017 年第 6 期 總第 141 期1.20~2.15m 范圍內屬于錨固區內，圍巖整體較為平整，離層現象較少，未發現明顯破碎帶和裂隙發育區，如圖 4（b）所示；2.15~3.2m 范圍為錨桿錨固端部，此范圍頂板主要為黑色泥巖，巖性軟弱，但完整性良好， 僅個別地帶存在縱向裂隙的現象， 如圖 4（c）、（d）所示。（a）0.68m 處 （b）1.50m 處（c）2.35m 處 （d）3.00m 處圖 4 進風巷圍巖內部情況通過對以上視頻截圖分析可知： 鉆孔深度范圍內頂板巖層總體較完整，裂隙發育程度低。 在 0.68m處發生離層裂隙，1.20~2.15m 范圍內圍巖完整無裂隙發育，2.15~4.0m 范圍巖層完整性良好， 僅 3.0m處存在縱向裂隙。5.2 回風巷頂板圍巖破壞情況（a）0.65m 處 （b）0.90m 處（c）2.50m 處 （d）3.50m 處圖 5 回風巷圍巖內部情況回風巷頂板正中鉆孔的 0.4~1.01m 淺部圍巖內，巖體完整性較好，存在少量裂隙和弱面，如圖 5（a）、（b）所示；1.01~3.0m 范圍內為錨固段，巖體較為完整，基本未發現裂隙的存在，如圖 5（c）所示；3.0~4.0m 范圍為錨固區外，圍巖完整，未出現明顯裂隙和破碎帶，如圖 5（d）所示。通過對以上視頻截圖分析可知： 鉆孔范圍內頂板巖層完整性良好，環形裂隙發育。 0.4~1.01m 范圍內存在環形裂隙和軟弱面； 在 1.01~3.0m 范圍內圍巖完整；3.0~4.0m 范圍內圍巖較完整， 僅 3.50m 處發育橫向裂隙。綜合分析，由圖 4 和 5 可知，巷道在本文設計支護方案下，很好的控制了巷道內部圍巖裂隙，使得巷道穩定性和整體性得到了大幅度的提高。S8310 大采高綜采大斷面在按設計要求完成的支護方案下，巷道能夠保持穩定，滿足了礦井的生產需求，創造出良好的經濟技術效益。6 結 語回采過程中，進、回風巷道巷道頂底板移近量最大為 294mm，兩幫移近量最大為 259.8mm，均處于工程允許范圍內，巷道圍巖情況良好，滿足了工作面正常回采的要求。 在采用大采高綜合機械化采煤技術，提高了煤層的采出率，充分開采利用了煤炭資源，實現了礦井的可持續發展。參考文獻：[1] 康紅普，王金華，林健. 煤礦巷道支護技術的研究與應用[J]. 煤炭學報，2010（11）：1809-1814.[2] 范伯瑜. 巷道支護分析 [J]. 中國科技信息，2009（14）：72-74.[3] 劉睿. 煤礦巷道支護類型的選擇[J]. 科技信息，2013（1）：435，485.[4] 孫永富，張偉，史晨昊，原登亮. 大斷面回采巷道支護參數優化設計[J]. 煤炭技術，2016（5）：36-39.[5] 耿增達. 煤礦巷道支護技術的研究 [J]. 煤炭與化工，2014（12）：56-57，61.作者簡介：李寧（1987-）男，河南焦作人，2010 年畢業于河南理工大學采礦工程專業，助理工程師，現擔任山西焦煤西山煤電集團鎮城底礦開拓二隊技術副隊長，主要從事煤礦開掘巷道的技術管理工作。（收稿日期：2017-5-17）·

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