大断面煤层巷道快速掘进技术研究

ｌ皿圜圜　山西煤炭ＳＨＡＮＸＩ　ＣＯＡＬ　第３１卷第８期　ｐｍｃ｛㈣；｛８ｃ　∽　文章编号：１６７２—５０５０（２０１　１）０８—００４８—０３　大断面煤层巷道快速掘进技术研究　王琳琳　（山西省煤炭建设监理有限公司，山西摘太原０３００１２）　要：针对特殊条件下的大断面煤层巷道项板进行分析。在保证安全生产的情况下，针对５１１０１工作面顶板条　件，对大断面煤巷顶板的支护参数进行优化，提高了巷道的掘进速度，解决了接替矛盾，为实现综放面安全、高效开采　创造了有利条件。　关键词：大断面；煤层巷道；快速掘进　中图分类号：ＴＤ２６３．３　文献标识码：Ａ　随着高产高效综采工作面机械化程度的发展，　工作面的开采强度与产量大幅度增加。为满足矿井　通风、运输、大型设备的安装等要求，巷道断面越来　越大。一般情况下，巷道断面的增大均给巷道支护　造成很大困难，严重影响工作面安全高效生产。本　文仅对特殊地质情况下的大断面巷道支护问题，进　行必要的理论研究，并在工程实践中对采动影响条　表１煤层顶底板特征　顶底板　岩石名称　厚度／ｍ　老顶　砂岩　＞６　Ｏ—ｌ５　岩性特征　灰白色后层壮，具斜波状层理　黑色，平坦断口，致密块状　直接顶　砂质页岩　伪顶　直接底　老底　泥岩　砂岩　２～３　暗灰色，致密块状。夹粘士岩薄层　灰色，致密块状　件下的巷道支护参数进行优化，这将有助于提高巷　道的掘进速度和解决采掘工作面的接替矛盾。　构的详细观测，由观测结果可得：回风巷道顶板锚　杆支护范围内，受地质运动和构造的影响，竖向裂　隙比较发育，而煤层的水平裂隙很不发育，在观测　１　工程概况　５１１０１工作面沿煤层倾向布置，沿走向进行推　进，工作面沿煤层走向布置两条运输顺槽和两条回　孔高度范围内无离层显现出现，表明留有１．５　１ＴＩ～　２．０　ｒｎ顶煤的巷道顶板完整性好，属于易维护巷道，　有巷道支护优化的余地。　根据５１１０１工作面煤层顶板和顶煤留设厚度　风顺槽。煤层赋存稳定，沿回采方向，煤层呈上坡趋　势，煤层平均厚度６．０Ｉｎ左右，局部地段夹有薄层的　高灰份煤。直接顶为砂质页岩，老顶为砂岩，完整性　好，节理裂隙不发育。直接底为泥岩，老底为砂岩。　表１为５１１０１工作面的煤层顶底板特征。５１１０１工　作面设计采高５＿３　ｍ，年产量达１　０００万ｔ。回风顺槽　均为矩形断面：５　５００ｍｍ　ｘ　３　５００ｍｍ。顺槽顶板留有　及强度条件，在不受采动影响的静压应力状态时，　无论是巷道的剪切破坏还是抗拉破坏，都满足巷道　顶板的稳定性要求，而按照受采动影响的情形，剪　切破坏满足强度条件，抗拉破坏不满足巷道顶板的　稳定性要求。在此情况下，按照该综采面快速掘进　和支护的要求，可以先简化支护，提高成巷速度，然　后在受采动影响前进行补强支护，以满足采动时的　巷道围岩稳定需要。　２　ｉｎ多厚度顶煤，全部采用锚杆支护。　２巷道顶板锚杆支护布置优化的理论　分析与实测评价研究　２．１巷道顶板锚杆支护布置优化的理论分析　见图１，设有３根锚杆将巷道的厚层顶煤悬吊　在其上的岩层上，锚杆载荷为Ｐ，此时安装的锚杆只　要能抵抗住顶煤的自重剪切破坏即可，其应满足的　强度条件为　ｑｍ（Ｂ＋２ｂ）≤ｎ　．　采用顶板钻孔的观测方法，在５１１０１工作面回　风巷道内布置两个观测断面、４个钻孔进行顶板结　收稿日期：２０１１－０３—１５　作者简介：王琳琳（１９８Ｏ一），男，山东平邑人，大学本科，助理工程师，从事矿建设计及监理工作。　第３１卷第８期　２０１１年８月　ＶＯＩ．３１　ＮＯ．８　山西煤炭ＳＨＡＮＸＩ　ＣＯＡＬ　Ａｕｇ．２０１１　，　，　，　Ｂ／４　Ｂ／４　Ｂ／４　Ｂ／４　｝　巷道　ｂ　ｈ　ｌ　Ｉ　ｌ　图１　巷道锚杆支护的优化分析模型　式中：ｑ　为厚层顶煤及冒顶岩层载荷，ＭＰａ；ｎ为锚　杆根数；　为锚杆的抗破坏载荷，ＭＮ；Ｂ为巷道宽　度，ｍｍ；ｂ为两帮片帮深度，ｍｍ。　将已知的有关参数带人，可得：　≥　磐　：／＇－ｍｇ　　Ｕ・Ｕ３　３－ｌ２　３根．　因此，在不考虑采动影响的条件下，留有２．０　ｍ　的顶煤巷道，应用３根锚杆支护即可，间排距１　２００　ｍｍ　ｘ　１　０００　ｍｍ，长度２．４　ｍ，杆径１６　ｍｍ，锚固剂长　度３５０ｍｍ，直径２３　ｍｍ，每孔２卷。　２．２巷道顶板锚杆支护布置优化的实测评价研究　在５１１０１工作面的掘进准备过程中，巷道顶煤　较厚，许多区域达到２　ｍ多，由于顶煤整体性强，裂　隙不发育，其稳定性较好，存在着减小锚杆支护密　度，合理优化支护布置方式的可能性。为此，针对　５　１　１０１工作面的巷道实际情况，选用多种观测手段，　对初采阶段巷道锚杆支护改革优化的支护效果和　顶板稳定性进行了实测评价研究，为今后的回采巷　道维护、积累丰富的基础资料。　该综采工作面回采巷道锚杆支护改革及其优　化的工业性试验研究，能否获得成功其关键是要　看：２根锚杆与４根锚杆支护的巷道维护效果有无　重大区别，考察分析２根锚杆的支护效果和巷道的　稳定性是否满足正常使用要求，巷道的围岩压力显　现能否有效地控制在合理范围内，以为工作面的快　速推进创造有利的生产条件。　巷道锚杆优化支护效果的具体测试方案是：在　巷道顶板内布设顶板位态测试仪器，在２排锚杆支　护巷道段，布置一个测站，布设锚杆质量监测测线３　条，布设顶板位态测线３条，间隔１　ｍ　１．２ｍ。每条　测线总共布置两排，与锚杆根数相同，如图２所示。　在４根锚杆支护巷道段，观测方案基本与２根锚杆　支护巷道段相仿，只是每条测线需要布置四排监测　仪器而已。　■一锚杆质髓雌测仪　・——顶板位态测试仪　Ａ—Ａ啬４嘲　图２改革优化锚杆巷道支护效果监测方案　５１　１０１工作面巷道顶底板移近观测数据：回风　巷道Ｉ观测断面一般移近速度０．２９ｍｍ／ｄ　１．２　ｍｍ／ｄ，最大移近速度７．０７５　ｍｍ／ｄ，至观测结束顶底　板移近总量为８．８５５　ｍｍ。回风巷道ＩＩ观测断面，初　采阶段一般平均移近速度０～１．５　ｍｍ／ｄ，属于巷道稳　定期，开采临近时，最大移近速度可达ｌ３．２４ｍｍ／ｄ，　说明巷道受采动的剧烈影响，至观测结束顶底板移　近总量为１６．３　ｍｍ。　５　１　１０１回风巷道顶底板移近总量为　Ｓｚ＝Ｓｊ＋Ｓ　＝Ｓｊ＋Ｓ’　Ｋ．　式中：５ｉ为掘进期间巷道变形量，该矿条件下取５０　ｍｍ；Ｓ’　为实测变形量，１６．３　ｍｍ；Ｋ　为巷道高度校正　系数，１．７５；　为巷道位置校正系数，２．２。　将上述所有参数代入式中得回风巷道总移近　量为１１２．８　ｍｍ，顶底板移近率Ｐ＝Ｓ，／ｈＨｅ＜１０％，按照　中国煤矿巷道围岩控制标准，５１１０１大采高工作面　条件下，在现有断面和支护参数下，回风巷道受初　次采动时处于非常稳定的状态，是容易维护的巷道　类型。　２．３巷道顶板锚杆支护布置优化的具体方案及参数　结合理论分析和实测评价，给出５１　１０１工作面　回风顺槽具体的布置方案及参数为：“四三四”布　置，即为原来五花型布置的变体形式。４根锚杆的　布置参数为：锚杆长度２．４　ｍ，杆径ｌ６　ｍｍ，间排距　１　０００ｍｍ×１　２００ｍｍ，锚固剂长度３５０ｍｍ，直径２３　ｍｍ，每孔１卷，托板材质普通　（下转第６８页）　４９　山西煤炭ＳＨＡＮＸｌ　ＣＯＡＬ　第３１卷第８期　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｆｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｍｉｎｅｓ　ＬＩＡＮＧ　Ｌｉ－ｍｉｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３００２４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅｓ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｆｏｒ　ｃｏａｌ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅｉｒ　ｃｏｍｐｅｔｉ－　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄ　ｌｉｋｅ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｐｏｔｓ　ｍｏｖｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｎｅａｒ　ｔｏ　ｆａｒ　ａｎｄ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｔｏ　ｄｅｅｐ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｅｘ－　ｐａｎｓｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｅ　ｍｕｓｔ　ａｎａｌｙｚｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｎｅｅｄｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，　ｗｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｌｌ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｔｏ　ｔａｋｅ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｎｅｅｄｓ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｇｏａ１．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ａｓｐｅｃｔｓ：ｒｏａｄｗａｙｓ　ｌａｙｏｕｔ，ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｍｉｎｉｎｇ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ；ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｒｏａｄｗａｙ　ｌａｙｏｕｔ；ｒｅｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅｓ　编辑：徐树文　（上接第４９页）钢，尺寸１２０　ｍｍ　Ｘ　１２０　ｍｍ×８　化，则用合适的单体支柱进行支护）。　ｍｍ。３根锚杆支护参数为，锚杆长度２．４ｍ，杆径１８　ｍｍ，问排距１　２００ｍｍ×１　２００ｍｍ，锚固剂长度３５０　ｍｍ，直径２３　ｍｍ，每孔１卷，托板材质普通钢，尺寸　１２０ｍｍｘ　１２０ｍｍ×８ｍｍ。应用此种锚杆支护方案，　当工作面开采时，在两顺槽超前２０　ｍ范围内支护，　用双排戴帽点柱支护方式，两排点柱距离煤帮分别　为ｌ　ｍ，柱帽规格为长×宽ｘ高＝３００　ｍｍ×２００　ｍｍ　ｘ　１００　ｍｍ，材质以柳木或榆木最好，间距为３．０　ｍ，　３　结束语　经对该大断面回风顺槽的顶板条件进行分析，　并对支护参数优化后的巷道顶板围岩进行实测研　究，表明：回风顺槽在现有断面和给定支护参数下，　受初次采动时处于非常稳定的状态，从而提高了该　地质条件下大断面巷道的的施工速度和施工质量，　解决了接替矛盾；在保证安全的前提下，节约了大　量的经济成本。　点柱采用３．８　ｍ的单体液压支柱（顺槽高低如有变　参考文献：　［１］于广龙．浅谈掘进巷道的快速施工【ＪＪ．中州煤炭，２０１０，（１）：３２—３３．　［２］彦立新，康红普，等．赵庄矿大断面工作面巷道锚杆支护现状分析［Ｊ１．煤矿开采，２００７，１２（６）：４１—４３　［３］牛福龙．特殊条件下巷道快速掘进及支护技术『Ｊ］．煤矿支护，２００７，（３）：４１—４２．　［４］赵启安．大断面煤巷全锚杆巷道联合支护技术ｌＪｌ＿煤炭技术，２００９，２８（１２）：６１—６３．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｄｒｉｖｉｎｇ　ｉｎ　Ｌａｒｇｅ　Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｒｏａｄｗａｙｓ　ＷＡＮＧ　Ｌｉｎ－ｌｉｎ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｏａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３００１２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｓｏｍｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｌａｒｇｅ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｒｏａｄｗａｙ　ｒｏｏｆｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｏｆｓ　ａｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　５　１　１　０　１　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ　ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｏｌｖｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｏｆｆｅｒｓ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ—ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｎ　ｆｕｌｌｙ—ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ；ｒｏａｄｗａｙ；ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｄｒｉｖｉｎｇ　编辑：刘新光　６８