厚煤层沿底掘进巷道支护优化技术研究

寇旭朝

阳泉煤业（集团）有限责任公司 山西 阳泉  045000

摘要：本文就以某煤业开采中的巷道支护情况为例，来对其巷道支护的情况进行分析和研究，发现其存在支护设计结构和性能等问题，对其存在问题进行全面的分析并提出相应的支护优化措施，最后对巷道支护优化的效果进行阐述，在保证了巷道支护具有良好安全性的同时，也实现了对经济效益的提升，通好本文厚煤层沿底掘进巷道支护优化，希望对后续巷道支护工作提供一定的帮助。

关键词：厚煤层 沿底掘进 巷道支护 优化技术

在厚煤层的开采中，巷道是主要的辅助开采措施，由于巷道是在厚煤层的底部进行掘进，这就需要做好巷道的有效支护。本文以某煤业厚煤层的沿底掘进巷道的支护为例，对其支护设计以及施工进行问题进行分析，后采取有效的措施进行支护优化，通过后期验证也说明具有不错的应用效果。1 工程概况

某煤业巷道沿着厚煤层底部进行掘进，其平均的煤层厚度约是5m，进行拖顶的煤层约是2m，且煤层的平均埋深有410m，其平均煤层的倾角是2°，和水平煤层比较接近。在巷道的围岩中，煤层是低硬度的煤层，煤层的顶板泥岩是中等硬度的岩层，而煤层的底板是中硬但偏软的岩层，同时其煤具有良好的完整性，顶板也比较平整。巷道的设计断面是矩形，宽和高 分别是5m和2.9m，通过锚网梁索进行联合性支护，其顶锚杆使用的是直径20mm，长度为2.5m的高强度锚杆，且间排的距离是0.9m，锚索使用的是直径21mm，长度为8.2m的低松弛的钢绞线，共用19股，且每排有3根，其排距为2.7m。巷道的两边使用的是直径为18mm，长度为2m的高强度锚杆，其及间排也是0.9m[1]。2 设计问题概述

2.1 锚杆锚索的预紧力比较低

在实验室对锚杆杆体进行张拉性试验，直径20mm锚杆屈服的荷载都是超过130kN的，而直径18mm锚杆屈服的荷载都是超过95kN的，直径21锚索的索体能够承受的破裂荷载是超过500kN的[2]。在原来巷道的设计中，顶板锚杆的预紧扭矩是要求超过180N·m的，帮部的锚杆要求预紧扭矩是要超过150N·m的，而锚索的预紧力是100kN，通过对井下的现场中锚杆的预紧力进行相应的转换试验得知，在预紧扭矩是180N·m的时候，其预紧力是不超过30kN的，在预紧扭矩是150N·m的时候，其预紧力是不超过25kN的。再按照预应力的锚杆相应理论要求以及现场实际扭矩转换的试验分析，直径20mm的高强度锚杆的预紧扭矩要超过300N·m的，而直径21mm锚索的预紧力要超过200kN的，因此，锚杆锚索的预紧力是就比较低。2.2 锚杆锚索的构件配套不合理

在锚杆使用中需要配套使用8×130mm蝶形的托板，这种托板在使用中具有诸多的缺点，其拱高不足以及承载力比较小，由于尺寸也比较小，对锚杆其预紧力的扩散就会产生影响，如果巷道的顶板出现不平整或者破碎时，因为缺乏调心的球垫，就会导致锚杆出现螺纹段的弯剪，使锚杆出现破坏，另外托板和螺母两者接触面不存在减少摩擦的垫片，就会造成预紧扭矩和预紧力之间转化系数的降低[3]。在锚索使用中，其托盘是平钢板，这种托盘的承载力比较差，如果锚索的预应力以及荷载大时，其平托板就会出现四周的翘起，承载力会出现显著的下降，另外，平托板还不能调心，在垂直巷道的表面布置中比较适用，但在巷道不平整的表面就会导致偏载情况的出现，导致锚索的受力不平衡。3 支护优化设计

此巷道采取锚网梁索进行联合性支护，在顶板进行5根直径20mm和长度2.5m左旋没有纵肋的螺纹钢类型锚杆的设置，其配套的托板是承载力超过170kN高强度拱形托板，并设置相应的调心球垫、减少摩擦的垫圈和直径12mm的钢筋托梁；而锚索使用7股直径18mm和长度为8.3m的高强度和低松弛性预应力的钢绞线，配套的托板也是高强度的拱形托板，且配置相应调心的球垫。在巷道的两边进行3根330MPa屈服强度、直径20mm、长度2m的左旋没有纵肋的螺纹钢类型锚杆，并配套承载力超过170kN高强度的拱形托板，并在垂直的巷帮进行安装[4]。4 效果分析

在巷道相应位置进行一组监测装置的安装，来对其支护优化设计效果进行监测。通过监测数据显示，锚杆的预紧力在40-50kN之间，在杆体的30％-50％的屈服荷载；锚索的预紧力为110kN，能够满足设计的要求标准。在工作面的掘进头进行15m的推过后，其锚杆锚索所受力情况就逐渐稳定，同时顶帮的锚杆所受力都存在一定的提高，且顶帮的锚杆最大的受力都有100kN，并没有超过其锚杆要求屈服的强度。对巷道的表面位移监测数据显示，巷宽一直保持为5m，且两帮也没有出现移近以及顶板没有出现下沉[5]。另外，通过对巷道的掘进速度以及支护的成本进行计算，新支护提高了锚杆锚索的预紧力，并拓展了锚杆的间排距离，提高了进尺，同时由于减低了支护的密度，有效的节省了材料费用。5 结束语

综上所述，通过对案例中的厚煤层沿底掘进巷道的支护情况进行分析，并提出相应的支护优化措施，有效的提高了支护的效果，还具有不错的经济效益，（下转第315页）

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2019年第9期科学管理为了验证上述各种影响因素的存在，检修期间，采集石脑油水冷器腐蚀产物和垢样做分析化验。从图3可看出，垢样微观状态下成不规则状，并具有较大空隙，腐蚀溶液很容易通过空隙进入垢样附着的内表面导致腐蚀的发生。从图4和表2可看出腐蚀垢样主要含有氧、碳、铁、钙、镁和铝等主要元素，这与上面分析的腐蚀垢样主要成分为氧化铁、碳酸钙和碳酸镁相吻合；另外从图4和表2还可看出该垢样还含有硅、锌等元素，这说明该垢样含有粘土的成分，进一步说明了循环水中含有污泥。表2 石脑油水冷器腐蚀垢样各元素含量

元素

重量百分比

COMgAlSiSCaFeZn总量

16.7740.120.520.272.640.320.4236.822.12100.00

原子百分比29.4352.900.450.211.980.210.2213.910.69

图4 石脑油水冷器腐蚀垢样能谱分析图

3 采取措施

针对以上腐蚀机理的分析，采取以下措施：①提高循环水质量，净化循环水，减少循环水中的盐含量以降低循环水的电导率；过滤循环水减少循环水中生物粘泥的含量防止微生物加速腐蚀进行；若某个水冷器出现内漏，及时切出，防止油相进入循环水滋生微生物质加剧腐蚀；②降低循环水的硬度或在循环水中加入阻垢剂和缓蚀剂，减少与高温油相换热时结垢，减少垢下腐蚀的发生；③在换热器管束水相侧喷涂防腐涂料避免循环水与管束内壁直接接触；在管箱中安装镁阳极，采用牺牲阳极的阴极保护法减缓管束腐蚀发生进程；对水冷器定时反冲洗，减少垢物和粘泥在水冷器内壁的停留时间，防止垢下腐蚀发生和微生物加速腐蚀。4 结束语

2009年4月，由于石脑油水冷器接连发生管束泄漏，对该水冷器管束内壁喷涂防腐涂料，并在管箱中安装了锌阳极块，同时要求班组在日常操作中对该水冷器进行反冲洗，从实际运行情况来看，效果较好。至2010年4月春季检修前，该石脑油水冷器再没有发生管束泄漏。参考文献

[1] 周敏. 常减压蒸馏装置水冷器的腐蚀与防护 [J]. 腐蚀与防护，2003，24[2]： 74.

[2] 代宁波，蒋克斌，石莉. 炼油循环水系统水冷器失效案例分析 [J]. 腐蚀与防护，2004，25（5）：225.

[3] 詹柏林. 金属换热器防腐技术研究进展 [J]. 材料导报，2006，20（12）：79.

[4] 魏宝明. 金属腐蚀理论及应用[M]. 北京：化学工业出版社，2008： 227.

图3 石脑油水冷器腐蚀垢样电子显微镜下照片

（上接第321页）

为后期的巷道支护设计提供一定技术支持。参考文献

[1]张震，方树林. 厚煤层巷道沿底掘进围岩变形特征

与支护技术研究[J]. 煤矿开采，2015（4）：89-91.

[2]张庆华. 厚煤层巷道沿底上山掘进锚网支护技术实践[J]. 中国煤炭，2018，44（4）： 00083-00086.

[3]杨计先. 厚煤层回采巷道掘进层位与支护方案优化

分析[J]. 煤炭技术，2018：00034.

[4]李庆，薛旭辉，李建波. 厚煤层沿底掘进巷道支护优化技术研究  [J]. 山东煤炭科技，2016（11）：1-3.

[5]孟相龙，杨宝智，李瑞鑫. 巨厚煤层巷道沿底掘进工作面过构造支护技术[J]. 华电技术，2017，39（11）：52-53.

作者简介

寇旭朝，男（1990.11—），籍贯：陕西省商洛市，学历：本科，现从事矿山采矿工作。

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