煤矿岩巷围岩支护技术研究_段文晋.pdf

煤矿岩巷围岩支护技术研究段文晋（晋能控股煤业集团北辛窑煤业有限公司，山西忻州036799）摘要：以某矿为研究对象，针对其巷道断面为直墙半圆拱形，设计应用锚网索联合支护形式，并对巷道表面位移、锚杆（锚索）受力情况进行监测，及时掌握巷道围岩内部锚杆受力情况及变形破坏的规律，结果表明：巷道顶板和两帮位移变化量比较小，说明该支护技术能够对巷道中薄弱岩层的变形和破碎进行有效控制，围岩稳定性好；且锚杆锚索所受初始和最终应力大小值均在锚杆锚索设计最大受力允许范围内。关键词：锚杆支护锚网索围岩控制挤压加固拱中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0277-03引言锚杆支护技术通过围岩自身能力承受压力，使周围岩石的强度增强，并依靠围岩和保护区的共同相互作用，形成完整的整体承载结构1，让锚固范围内的围岩能够承受更大压力，进而使围岩的受力参数发生改变，提升围岩复原能力，形成了锚网喷、锚喷、锚网喷索、锚网索及锚网拱架喷等技术2-3，让围岩和支护体形成整体来共同承受地压。锚杆支护主要有悬吊理论、组合拱理论、复合拱理论等4，因此，锚杆支护的基本原理有：一是加强提高围岩内聚力，锚杆的锚固强度可提高受损表面抵抗力，再加上锚杆自身的抗剪切力，可联合提高受损表面抗剪切力5；二是提高围岩的内膜擦角，锚固范围内的围岩会形成压缩带，可增加围岩的内部摩擦角6-7；三是增强围岩的形变模量，巷道进行锚杆支护后，随着锚杆形变，周围岩石也会变形，且锚杆本身变形量要大于周围岩石变形量。本文以某矿为例，针对其巷道断面为直墙半圆拱形，设计应用锚网索联合支护形式，并对巷道表面位移、锚杆（锚索）受力情况进行监测，及时掌握巷道围岩内部锚杆受力变形及变形破坏的规律，进而确定最优支护方案，使煤矿获得较高的经济效益。1加固拱围岩支护理论巷道中采用锚网索支护机理，需要依据围岩松动圈的范围及其范围内的围岩条件确定。因此，基于挤压加固拱围岩的理论认为，单体锚杆或锚索会施加预紧力给锚杆（索）托盘来达到支护效果，这就等同于对该支护结构影响范围内的围岩施加了垂直方向的挤压力，并会在单体锚杆两侧间形成以单体锚杆端部为锥形中心点的挤压加固区域，当多个单体锚杆进行挤压布置时，可使锚杆与单体杆体间形成多个共同给叠加的挤压区域，形成岩石压缩带。挤压加固拱可使锚杆有效承受覆岩石的较大径向载荷，对上覆岩石起到支撑和补强作用，进而可承受外围更大的载荷压力。2煤矿岩巷围岩支护方案本文以某矿为例，其巷道断面为直墙半圆拱形，断面尺寸高度为 3 500 mm、宽度为 4 500 mm，本文应用锚网索联合支护形式，其中对于顶板设计，沿巷道中心对称布置 7 根锚杆，锚杆规格是 22 mm2 100mm，锚杆间排距是 900 mm、1 200 mm；对于两帮设计，两帮分别布置 1 根锚杆，锚杆长度是 1 800 mm，锚杆排距是 1 200 mm；此外，顶板沿巷道中心 202 布置 2 根锚索，锚索直径是 22 mm，锚索长度是 5 300mm，锚索间排距是 1 800 mm、2 400 mm。巷道支护设计断面如图 1 所示。3煤矿岩巷围岩监测方案为及时对巷道围岩内部锚杆受力情况进行了解，并掌握巷道围岩内部锚杆受力变形及变形破坏的规律，为岩巷锚杆支护设计提供理论依据，本文对巷道围岩内锚杆支护进行矿压受力监测，具体监测巷道表面位移、锚杆（锚索）受力。对于巷道表面位移，本文中，巷道底板的围岩强度比较高，作业中未出现底鼓现象，因此，主要对巷道顶板位移量和两帮水平移近量大小进行监测，选择在巷道顶板位置，底板中部偏左 20 cm 的位置沿垂直方向和两帮薄弱处水平方向布置表面位移监测基收稿日期：2022-03-24作者简介：段文晋（1993），男，山西大同人，本科，毕业于吕梁学院，助理工程师，研究方向为掘进支护。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.112图 1巷道支护设计断面图（单位：mm）锚索 202 布置间排距 1 800、2 400225 300锚杆-间排距 900、1 200222 1009009009009001 2001 200900900865865技术应用机械管理开发第 38 卷点，记录巷道顶底板围岩变形量，同时，利用监测基点对围岩横断面距掘进面的距离进行监测，并记录监测时间。对于锚杆（锚索）受力，本文对围岩支护体受力大小及分布情况进行监测，及时对围岩与锚杆的受力稳定性和支护体的安全性进行评定，选择在锚杆锚索多处位置安装锚杆（锚索）应力监测分站压力传感器，全方位对锚杆、锚索受力情况进行监测。4煤矿岩巷围岩矿压监测分析4.1巷道表面位移监测分析本文对巷道表面位移进行监测，得到巷道顶板整体位移量以及两帮移近量监测数据，并汇总整理各项监测数据，绘制成如图 2 所示的位移曲线。从图 2 中的数据结果分析可看出，通过监测巷道表面位移变化，得到巷道顶板下沉量大小是 27 mm，两帮移近量大小是 31 mm，且在巷道向前掘进大约70 m 时，巷道顶板下沉度和两帮移近量基本趋于稳定，随后巷道位移变化量相对较小。综上所述可知，巷道顶板和两帮的位移变化量均比较小，因此，在该巷道支护技术方案下，巷道围岩的变形量小，巷道稳定性相对较好。4.2巷道锚杆（锚索）受力监测分析本文安装锚杆（锚索）应力设备并自动定时监测巷道锚杆锚索受力情况，得到图 3 所示的监测结果。从图 3 中可看出，作业初期在施加锚杆预紧力作用时，施加力大小基本能满足巷道支护要求，且在巷道掘进刚开始，锚杆（锚索）受力明显增加。通过分析四个测点锚杆锚索初始应力，当围岩达到稳定后应力最小值是 110 kN，最大值是 173 kN，其余锚杆锚索的应力值约为 150 kN，应力大小均在锚杆锚索设计最大受力允许范围内。此外，在巷道开挖掘进至 2 025 m的距离后，锚杆（锚索）受力基本保持恒定数值；在测点距掘进迎头 30 m左右时，巷道最终受力趋向稳定。这也表明锚杆（锚索）在该支护过程中，受力均在最大允许范围内，可判断该支护方案切实可行。5结论本文以某矿为研究对象，针对其巷道断面为直墙半圆拱形，设计应用锚网索联合的支护形式，并对巷道表面位移、锚杆（锚索）受力情况进行监测，及时掌握巷道围岩内部锚杆受力变形及变形破坏的规律，结论是：1）岩巷顶板最大下沉量是 27 mm，两帮最大移近量是 31 mm，且巷道最终稳定后顶板及两帮的位移量变化小，表明该支护设计方案能够有效对巷道中的薄弱岩层的变形和破碎进行控制，围岩具有很好的稳定性，该支护方案整体效果好。2）分析巷道锚杆锚索受力情况，当巷道达到稳定后锚杆锚索应力最小值是 110 kN，最大值是 173 kN，其余锚杆锚索应力值是 150 kN 左右，应力大小均在锚杆锚索设计最大受力允许范围内。表明该支护方案具有可行性。图 2巷道表面位移变化曲线3-1顶板中间锚杆3-2左帮锚杆3-3右帮锚杆3-4顶板左侧锚索图 3锚杆（锚索）受力监测变化曲线35302520151050101204241527313127顶板两帮时间/d位移量/mm1551501451401351301252019-09-252019-09-242019-09-232019-09-222019-09-212019-09-202019-09-192019-09-182019-09-172019-09-162019-09-152019-09-142019-09-132019-09-122019-09-112019-09-102019-09-26应力/kN监测时间（年-月-日）2019-09-252019-09-242019-09-232019-09-222019-09-212019-09-202019-09-192019-09-182019-09-172019-09-162019-09-152019-09-142019-09-132019-09-122019-09-112019-09-102019-09-26115110105100959085应力/kN2019-09-252019-09-242019-09-232019-09-222019-09-212019-09-202019-09-192019-09-182019-09-172019-09-162019-09-152019-09-142019-09-132019-09-122019-09-112019-09-102019-09-26200150100500应力/kN2019-09-252019-09-242019-09-232019-09-222019-09-212019-09-202019-09-192019-09-182019-09-172019-09-162019-09-152019-09-142019-09-132019-09-122019-09-112019-09-102019-09-26152150148146144142140138136134132应力/kN监测时间（年-月-日）监测时间（年-月-日）监测时间（年-月-日）2782023 年第 2 期参考文献1杨双锁.煤矿回采巷道围岩控制理论探讨J.煤炭学报，2010，35（11）：1 842-1 853.2王金华.我国煤巷机械化掘进机现状及锚杆支护技术J.煤炭科学技术，2004，32（1）：6-10.3徐祝贺，李永明，杨玉亮.大断面厚顶煤巷道围岩控制技术研究J.煤矿开采，2016，21（5）：52-55.4侯朝炯，郭励生，勾攀峰.煤巷锚杆支护M.徐州：中国矿业大学出版社，1999.5康红普.煤巷锚杆支护成套技术研究与实践J.岩石力学与工程学报，2005，24（21）：395-396.6张镇，康红普，王金华.煤巷锚杆锚索支护的预应力协调作用分析J.煤炭学报，2010，35（6）：881-886.7王俊超.高应力软岩回采巷道锚网索耦合支护技术研究D.陕西：西安科技大学，2013.（编辑：贾娟）Research on Rock Support Technology of Coal Mine Rock Tunnel EnclosureDuan Wenjin（Jinneng Holding Coal Group Beixinyao Coal Co.,Ltd.,Xinzhou Shanxi 036799）Abstract:Taking a mine as an example,for its roadway section is straight wall semi-circular arch,the joint support form of anchor meshcable is designed and applied,and the roadway surface displacement,anchor rod(anchor cable)force monitoring,timely grasp of theinternal anchor rod force and deformation and damage law of the roadway surrounding rock,the results show that:the roadway roof and twogang displacement changes are relatively small,indicating that the support technology can effectively control the deformation and Theresults show that the support technology can effectively control the deformation and breakage of the weak rock layer in the roadway,and thestability of the surrounding rock is good;and the initial and final stresses of the anchor rod and anchor cable are all within the maximumallowable range of the anchor rod and anchor cable design.Key words:anchor rod support;anchor network cable;surrounding rock control;extrusion reinforcement archApplication of Frequency Conversion Technology in the Transformation of Coal Mine BeltConveyorWen Yu（Xuangang Coal Power Co.,Ltd.of Jinneng Holding Coal Group,Xinzhou Shanxi 034114）Abstract:There are problems such as energy consumption,equipment wear,frequent accidents,etc.,and the use value of the belt conveyorneeds to be improved through the transformation of frequency conversion technology.How to effectively transform the frequency conversiontechnology of belt conveyor has become a problem that many coal mining enterprises need to consider.Therefore,the requirements offrequency conversion technology transformation are described,and then the specific transformation scheme is discussed.Finally,theproblems in frequency conversion technology transformation are solved in order to help coal enterprises achieve sustainable development.Key words:coal mine belt conveyor;frequency conversion technology;reconstruction research（上接第 276 页）3结论1）利用数值模拟软件对不同锚杆密度下巷道应力分布进行研究，发现随着锚杆的距离的减小，锚杆间的应力场逐步连接，形成整体支护结构。2）随着锚杆长度的增大，此时锚杆的支护应力场分布高度增加，但同样在锚杆的顶端，应力分布情况出现减弱的趋势。3）根据数值模拟结果对巷道进行支护，给出了锚杆锚索的支护参数设定，为巷道的稳定提供依据。参考文献1屠洪盛，黄昌文，刘送永，等.急倾斜煤层工作面巷道稳定控制机理研究J.煤炭技术，2020，39（12）：12-16.2刘闯荣.高应力扰动回采巷道支护方案设计J.山东煤炭科技，2020（11）：81-83.（编辑：王慧芳）Research on Rock Control Technology for Roadway SurroundingsHan Haiwei（Jinneng Holding Coal Group Hongtai Mining Engineering Construction Datong Co.,Ltd.,Datong Shanxi037000）Abstract:In order to solve the problem of serious deformation of the roadway surrounding rock,the stress distribution of the roadway underdifferent anchor rod densities was studied by using numerical simulation software,and it was found that as the distance of the anchor rodsdecreased,the stress field between the anchor rods gradually connected to form a whole support structure.At the same time,as the lengthof the anchor rod increases,the height of the distribution of the support stress field of the anchor rod increases at this time.The supportparameters of the anchor rod anchor cable are given according to the numerical simulation results,which contribute to the stability of theroadway.Key words:numerical simulation;anchor rod length;anchor rod spacing（上接第 274 页）段文晋：煤矿岩巷围岩支护技术研究279