掘进巷道应力区支护技术.pdf

技术应用No.7,2023DevelopmentManagementandMechanical2023年第7 期Total2243总第2 4 3 期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.109掘进巷道应力区支护技术卢义1，张安慎2（1.山西王家岭煤业有限公司，山西忻州036600;2.晋能控股山西科学技术研究院有限公司，山西太原030006)摘要：基于王家岭煤矿18 10 5 辅运顺槽掘进后受集中应力影响，巷道出现顶板下沉、底板鼓起以及两帮收缩现象，分析了原支护设计主要存在的问题，并根据掘进现状，对原支护技术进行合理优化，提出了“注浆锚索+JW型锚索钢棚+L型钢带”联合支护技术。通过实际应用效果来看，采取联合支护技术后，巷道围岩整体稳定性大大提高，巷道顶板下况量控制在0.15 m以下，两帮收敛量控制在0.2 4 m以下，取得了显著应用成效。关键词：掘进巷道；应力区顶板；联合支护技术中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023)07-0268-02118105工作面概况18105工作面为王家岭煤业第3 个回采工作面，东部为已回采的18 10 3 采空区，西部为待采的18 10 7实体煤。工作面采用“两进一回”布置，胶带和辅运顺槽间净煤柱为3 0 m，辅运顺槽留下复用，作为18 10 7工作面回风顺槽。18105辅运顺槽与18 10 5 胶带顺槽间留3 0 m煤柱，18 10 5 辅运顺槽沿煤层底板掘进，掘进宽度5.5 m，掘进高度4.2 m（铺底0.2 m），掘进面积2 3.1m,采用锚杆锚索支护。巷道掘进煤层为8 号煤层，煤厚6.5 8.60m，煤层倾角6，采煤方法为综采放顶煤，采高3.5m，放高4 m左右。煤层绝大部分含2 3 层夹研。煤层上方伪顶厚0 0.5 m，为碳质泥岩；伪顶上方为泥岩直接顶,厚度2 3 m。直接顶上方为厚层完整砂岩老顶，厚度超过2 0 m。煤层属自燃煤层，煤尘有爆炸危险性 1-2 2巷道支护现状2.1原支护设计1)顶板采用型号为2 5 MnSi高强度左旋螺纹钢锚杆，锚杆长度为2.4 m、直径为2 2 mm，每排布置7 根，锚杆间距、排距为0.8 m、1.0 m，同一排锚杆外露端安装一根16mm圆钢加工而成的钢筋梯梁，长度为5.2m，宽度为15 0 mm，钢筋梯梁上布置7 个锚杆支护孔，且安装在顶网下方。2)顶板锚索采用19股高强度钢绞线，钢绞线长度为8.3 m、直径为2 2 mm，锚索锚固长度为1.5 m，顶板每排布置3 根锚索，锚索间距为2.0 m、排距为3.0m，锚索外露端安装一块钢号不低于Q235穹形托盘。3)网片采用6mm圆钢加工而成，网格10 0 mm100mm，搭接10 0 mm，网片连接方式采用14 号铁丝联结，双丝双扣，绑扎间距2 0 0 mm。4)帮锚索采用22mm6300mm高强度锚索，19股钢绞线，仅布置在非回采帮侧，锚索排距16 0 0mm,每排1根，布置在锚杆排中间，不得占用锚杆位置。距掘进底板2 2 0 0 mm,与巷道表面垂直 3 2.2巷道掘进现状18105辅运顺槽掘进地质条件比较复杂，巷道东部为18 10 3 采空区，西部为18 10 7 实煤区，而根据物探显示，18 10 5 辅运顺槽90 0 12 0 0 m段西部存在两条陷落柱，间距为2 7 m，陷落柱对巷道影响长度预计为17 5 m，受采空区以及集中应力影响，巷道在掘进期间围岩稳定性差，采用锚杆(索)支护时围岩控制效果差。自2 0 2 0 年1月底开始，18 10 5 辅运顺槽90 0 1100m段开始出现变形，以底鼓为主，至3 月底底板硬化块翘起最高有1m。从起底后两帮鼓出底板岩层看，实际底鼓量在5 0 0 mm左右，4 月初起底后再未出现底鼓。巷宽最窄处5 m左右。顶板有下沉，有10 根左右锚索出现锁具下滑，18 10 5 辅运顺槽变形段顶板离层状况见表1。表118105辅运顺槽变形段顶板离层状况浅部离层情况/mm深部离层情况/mm位置/m变形前变形后变形前变形后900530740950041.00001514010505571101100257025701150510510由表1可见，深部离层远大于浅部离层，巷道变形主要发生在锚杆锚固区上方。同样锚杆锚索受力监测能很好验证这点。8 5 0 m和95 0 m两处锚索受力仍未稳定，90 0 m和10 0 0 m锚索受力基本稳定，10 5 0 m和110 0 m两处锚索受力超过测力计量程4 0 0 kN。锚收稿日期：2 0 2 2-0 8-0 9第一作者简介：卢义（196 9一），男，本科，毕业于太原理工大学采矿工程专业，高级工程师，从事煤矿安全生产管理工作。（下转第2 7 4 页269.卢义，等：掘进巷道应力区支护技术2023年第7 期杆受力均维持在10 0 kN左右。2.3巷道变形原因分析1）巷道支护效果差：原巷道顶板主要采用锚杆（索）支护，而受集中应力影响，巷道顶板出现断裂破碎，顶板裂隙发育，顶板采用锚杆（索）支护时主要通过施工钻孔，利用锚固剂实现锚杆（索)锚固作用，当顶板出现破碎后，支护钻孔孔壁出现裂纹，钻孔壁不完整，导致锚固剂搅拌后锚固剂无法稳定黏接在孔壁岩体上，导致锚杆（索)锚固失效现象，当顶板出现下沉后锚杆（索）很容易出现破断。2)集中应力影响：由于巷道受东部采空区残余应力以及南部陷落柱构应力等集中应力影响，巷道围岩出现严重失稳现象，主要表现为顶板下沉、断裂以及两帮收缩等。3巷道应力区加强支护技术为了提高18 10 5 辅运顺槽9 0 0 12 0 0 m段应力区顶板整体稳定性，在不破坏原永久支护的前提下，决定对围岩采取“注浆锚索+JW型锚索钢棚+L型钢带 联合加强支护技术。3.1注浆锚索支护1)支护原理：注浆锚索支护属于注浆支护的一种，但是传统注浆支护工艺主要对注浆区施工钻孔，然后安装注浆管，采用注浆泵进行高压注浆施工，该方法注浆时存在以下几方面缺陷：顶板破碎严重采用单一注浆支护施工时，注浆孔施工难度大、注浆效果差；传统注浆施工时顶板布置注浆孔数量多，受钻孔扰动破坏影响，顶板破碎力度加剧；而注浆锚索支护主要对顶板先安装注浆锚索，实现对注浆区不稳定围岩初步进行控制，防止下沉，然后对注浆锚索进行注浆施工，即实现了对围岩进行注浆加固作用，又实现了锚索的全锚支护作用，该支护技术具有支护工序简单、支护质量好等优点 4 。2)注浆锚索结构：注浆锚索长度为4.5 m、直径为30mm，锚索中部为中空状,注浆锚索主要由托盘、锚索体、止浆塞、刚性注浆管、柔性注浆管、金属膨环、主出浆孔、辅助出浆孔以及楔头芯杆等部分组成，如图1所示。3)支护工艺：注浆锚索代替传统预应力锚索，每排布置3 根，注浆锚索布置间距为2.0 m,注浆锚索锚注后对外露端安装一块拱形托盘；注浆锚索安装后在其中部安装注浆软管，并在锚索端头安装止浆塞，将注浆软管另一端与注浆泵连接，然后进行注浆施工。3.2JW型锚索棚支护1)注浆锚索施工完后对顶板施工JW型锚索棚进行补强支护，JW型钢棚主要由JW型钢梁、恒阻锚索、锁具等部分组成；其中JW型钢梁长度为5.0 m，辅助出浆口止浆塞刚性注浆管柔性注浆管金属胀环BCABCD主出浆口楔头芯杆A-AB-BC-CD-D图1中空注浆锚索结构示意图钢梁宽度为0.3 5 m，厚度为5 mm，钢梁横截面成JW”型，如图2 所示。每根钢梁配套3 根长度为6.0 m、直径为2 2 mm的恒阻锚索，锚索间距为2.0 m。高强度预应力锚索L=6 000 mm,=22 mm350R24165R17.5R45.7锁具钢托板“JW型钢梁图2JW型锚索棚面示意图2）首先在顶板施工三个锚索支护孔，孔间距为2.0m，锚索钻孔深度为6.0 m、直径为2 5 mm，锚索施工完后在其外露端安装JW型钢梁，并采用锁具进行预紧;JW型型锚索棚布置排距为3.0 m。3.3L型钢带支护由于传统护帮支护无法对巷道肩角煤柱进行有效支护，导致肩角煤柱很容易出现垮落，所以决定对巷帮与顶板之间施工L型钢带。1)18105辅运顺槽施工的L型钢带短边长度为0.6m、长边长度为1.0 m，短边及长边中部各焊制一个直径为2 5 mm支护孔，L型钢带宽度为0.2 8 m。钢带长边安装在巷帮上，短边安装在顶板上。2)首先在顶板及巷帮处各施工一个锚杆支护孔，其中顶板孔距巷帮间距为0.3 m，巷帮孔距顶板间距为0.5 m，顶板及巷帮分别采用两根长度为1.5 m、直径为2 0 mm锚杆进行固定。4结语18105辅运顺槽应力区围岩采取联合支护技术后，对应力区及两帮安装围岩变形监测系统，通过10d现场观察发现，采取两个支护技术后无法实现完全围岩变形控制的目的，但是围岩整体变形量大大减小，实测顶板下沉量为0.15 m，两帮收敛量为0.2 4 m，下沉速度大大降低，保证了巷道掘进安全，取得了显著应用成效。参考文献1高云鹏.应力区巷道破碎顶板支护优化应用 J.机械管理开发，2022(6):152-153.上接第2 7 1页ShanxiLu Yil,Zhang Anshen?上接第2 6 9 页274.第3 8 卷机械管理开发时间,提高工作效率，相对传统工艺,在经济上节约了约8 万元的工时费用。6)避免了煤壁下手动绑扎，大大提高了工人的安全。3结语本文使用锚索、钢带与柔性聚酯增强塑料网挂网协作形成一种用于回车通道防护的新支护工艺。通过实际采用后，该工艺大大降低了工人的劳动强度，减少了回撤时间，在可以稳定顶板的同时，还提高了回撤时的安全性。通过在大同煤矿区域实际应用，得到了显著的经济效益。参考文献1满娜，周凯.综采工作面快速回撤成套支护装备组成及应用 能源与节能，2 0 2 2(1）：3 0-3 3.2吕磊.锚网支护在综采工作面回撤通道中的应用.山西冶金，2021,44(6):51-53.（编辑：王慧芳）Study on Optimization of Support for Retraction Channel of Header Working FaceLiLefei(Jinneng Holding Coal Industry Di Coal Shuerli Coal Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037000,ChinaAbstract:Based on the project profile of 4204 back mining face in a mine of Jineng Holding Coal Group,the support strategy of usinganchor cable,steel belt and flexible polyester reinforced plastic mesh hanging net for combined support to support the roof of the retractionchannel is proposed.The actual application results show that the new support scheme has better support effect,lower labor intensity ofworkers,higher support efficiency,and better guarantee the stability of the roof plate of the retraction channel.Key words:comprehensive mining face;retraction channel;combined support2许起.超前管棚注浆支护在应力区巷道中应用.江西煤炭科技,2 0 2 2(2):7 9-8 1.3周利峰.掘进巷道应力破坏区支护优化 J.山东煤炭科技，2 0 2 1(11):92-93;97;104.4张骏立.应力区巷道顶板联合支护技术应用分析 J.山西冶金，2021(4):308-309.5靳志勇.掘进巷道过应力区破碎顶板联合支护技术的应用.能源与节能,2 0 2 1(2）：2 2-2 4.(编辑：王慧芳）Support Technology in Stress Zone of Driving Roadway(1.Shanxi Wangjialing Coal Industry Co.,Ltd.,Xinzhou Shanxi 036600,China;2.Jinneng HoldingAcademy of Science and Technology Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030006,China)Abstract:Based on the influence of concentrated stress on the excavation of the auxiliary transportation channel in Wangjialing Coal Mine18105,the phenomenon of roof sinking,floor bulging,and two sides shrinkage occurred in the tunnel.The main problems in the originalsupport design were analyzed,and based on the current excavation situation,the original support technology was reasonably optimized.Acombined support technology of grouting anchor cable+JW anchor cable steel shed+L-shaped steel belt was proposed.Through practicalapplication results,after adopting the combined support technology,The overall stability of the surrounding rock of the tunnel has beengreatly improved,with the subsidence of the tunnel roof controlled below 0.15 m and the convergence of the two sides controlled below 0.24m,achieving significant application results.Key words:excavation tunnel;top plate of stress zone;joint support technology双电机的协同控制问题。主从式矢量控制是造成左右牵引电动机迟滞的重要因素。虽然采用并行控制方法可以确保左右2 台电动机的同步协同运行，但是如果有1台电动机被干扰，就不可能迅速地使2 台电动机同时工作，因此，把电动机的速度偏差作为另一种输人信息，也就是使用交叉耦合的控制方式。实践表明：通过交叉耦合控制方式实现销轴与左右销轮的啮合平衡，具有很好的抗干扰性。参考文献1王海江.采煤机牵引部双电机控制系统分析 J.机械工程与自动化,2 0 2 1(2)：15 5-15 6;15 9.2李跃.采煤机双电机协调控制系统的应用研究 J.煤炭与化工，2022(2):96-99.（编辑：王婧）Research on Cooperative Control of Dual Motor Coal Mining MachinesJiang Zheng(Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Power Malan Mine,Gujiao Shanxi 030205,China)Abstract:MG300/700-WD type double-drum coal mining machine was taken as the research object in order to improve its workingstability and production efficiency.Based on the analysis of different transmission mechanisms,planetary wheel systems,pin tracks,pinwheel parameters and other structures,a comparative analysis of master and slave control,parallel and cross-coupling control was carriedout.The cross-coupling technique is finally used to provide coordinated control of two motors in a coal mine.Key words:two-motor coal mining machine;cooperative control;power balance