主动支护技术在综放工作面回采巷道超前支护中的应用.pdf

技术应用andNo.7,2023DevelopmentManagementMechanical2023年第7 期Total243总第2 4 3 期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.116主动支护技术在综放工作面回采巷道超前支护中的应用吕梁（汾西矿业集团高阳煤矿，山西孝义032306)摘要：为提高综放工作面回采巷道超前支护段支护效率，减低劳动强度，提出将主动支护技术应用到回采巷道超前支护中。以山西某矿3 3 0 2 综放工作面回采巷道为研究对象，通过主动支护可提高综放工作面超前支护段顶板岩体整体稳定性及承载能力，降低采动作用下顶板下沉量；同时单体支柱辅助支护，可提高支护体系护表强度，避免顶板垮落。现场应用后，3 3 0 2 综放工作面回采巷道超前支护段围岩变形量较小，不会影响巷道正常使用，取得较好应用成果。关键词：综放开采；回采巷道；超前支护；主动支护；注浆锚索；单体中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023)07-0284-020引言采煤工作面开采引起的超前支承压力，在采动影响下回采巷道围岩应力集中，直观表现为变形量增大。特别是采用综放开采时，由于一次开采厚度大、采动压力显现程度以及影响范围更为明显，导致回采巷道超前支护段围岩变形更为明显 1-3 。以往回采巷道超前支护多通过单体配合铰接顶梁组成的架棚、超前支架等被动支护方式，此种支护方式虽然可满足围岩控制需要，但是也普遍存在支护劳动强度大、影响通风断面以及支护设备运输难度高等问题 4-5 。注浆锚索具备有主动支护优势，同时通过围岩注浆提高岩体自身承载能力及稳定性，不仅可降低支护难度而且显著降低劳动支护强度 6 。因此，注浆锚索在沿空留巷、大变形巷道、应力集中巷道以及破碎围岩巷道中应用较为广泛，可实现围岩变形的有效控制 7-9。若使用注浆锚索代替传统的单体或者超前支架对围岩进行控制可降低超前支护工作量，对山西某矿3 3 0 2 综放工作面主动支护在采面回采巷道超前支护中应用进行分析，以期为其他矿井回采工作面超前支护工作开展提供经验借鉴13302综放工作面概况1.1工程地质概况3302综放工作面设计开采距离8 3 0 m、倾向面长220m，3 号煤厚5.8 m、倾角5。3 号煤层埋深平均230m，直接顶、基本顶分别为泥岩、粉砂岩，直接底为砂岩。采面回采巷道在掘进期间揭露有2 条落差在1.3m以内正断层，断层发育区对采面煤炭生产基本无影响。矿井超前支护采用单体配合铰接顶梁或者超前支架方式进行，采用单体配合铰接顶梁方式时施工安全风险较高且支护、铰接顶板回收劳动强度大；超前支架虽然机械化程度相对较高，但是支架移动支撑顶板期间会出现频繁的升架、降架，在支护顶板过程中容易导致原有支护体系失效、增大顶板破碎程度在3 3 0 2 综放工作面回采巷道内布置的顶板窥视钻孔获取到顶板裂隙扩展情况，如图1所示。从窥视结果看出，在巷道顶板浅部区域内裂隙较为发育，但是深部位置岩体较为稳定。整体来说。3 号煤层顶板较为稳定且强度较高，可为注浆锚索代替传统的单体或者超前支架创造良好条件。0.67m0.81m1.06m1.73m图13号煤层顶板不同孔深下钻孔窥视成果1.2巷道原支护参数3302综放工作面回采巷道断面均为矩形（净宽4200mm、净高4 0 0 0 mm），采用锚网索支护工艺，具体支护参数为：顶板按照90 0 mm、90 0 m m 间排距布置5 根20mm2400mm螺纹钢锚杆，按照1800mm、18 0 0 m m 间排距布置2 根17.8mm6200mm锚索；巷帮按照90 0 mm、90 0 m m 间排距布置5 根20mm1800mm螺纹钢锚杆；顶板及巷帮挂设由10号铁丝编制的金属网（网孔4 0 mm40mm）。2主动支护在超前支护中的应用2.1施工技术方案根据3 3 0 2 综放工作面现场条件并结合采面开采收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 7作者简介：吕梁（198 4 一），男，山西晋中人，本科，毕业于昆明理工大学采矿工程专业，助理工程师。I7?285.吕梁：主动支护技术在综放工作面回采巷道超前支护中的应用2023年第7 期期间矿压显现规律，提出在采面回采期间采用差异化差异支护方式实现超前支护，并为后续主动支护在采面回采巷道超前支护中应用提供经验借鉴。在3 3 0 2综放工作面超前支护时使用注浆锚索进行补强，为确保顶板稳定在距离采面不同距离布置不同参数单体支柱进行补强加固。具体采面回采巷道内布置的注浆锚索布置如图2所示。回9009009000900中00600290096-00006回回18000000%回回21800中008300回回回0060086-0061.8000001800回回412.400回回回4.200口5口注浆锚索口锚索回锚杆梯形钢带2-1剖面图2-2平面图图2注浆锚索布置示意图（单位：mm）注浆锚索为21.8mm6200mm中空锚索,以1800mm、18 0 0 m m 间排距，垂直顶板施工，配合采用高强托盘（规格3 0 0 mm300mm16mm）护表；邻近的锚索间用厚3 mm、长2 4 0 0 mm的梯形钢带连接；锚索布置完成后预先施加15 0 kN预紧力。注浆锚索超前采面前方3 0 5 0 m布置，并对顶板进行注浆，注浆浆液选用水泥单液浆，注浆泵使用ZBQ-28/0.5、注浆压力控制在3 5 MPa。在阶段I（超前采面0 5 0 m范围），按照12 0 0mm、2 7 0 0 m m 间排距布置单体对顶板补强，一排布置3根；在阶段（超前采面5 0 10 0 m范围），按照1600mm、2 7 0 0 m m 间排距布置单体对顶板补强，一排布置2 根；在阶段（超前采面10 0 15 0 m范围），按照2 7 0 0 mm间排距布置单体对顶板补强，一排布置1根；在阶段IV（超前采面15 0 10 0 m以外范围），不布置单体。2.2超前支护效果现场支护时综合使用注浆锚索及单体支柱对超前支护段进行支护，可充分发挥主动支护及被动支护优势，确保超前支护段围岩稳定。具体在超前支护段施工窥视钻孔获取到顶板岩性情况如图3 所示。从图3 中看出，顶板浅部岩体及孔深3.0 1m位置出现裂隙有所发育、有不同程度离层情况，其余位置顶板均保持稳定。布置测站对超前支护段表层围岩变形情况进行监测，发现超前段顶板最大下沉量控制在3 0 mm以内、巷帮变形量在2 5 mm以内，基本不出0.02m0.15m0.29m3.015.06m图3超前支护段顶板不同孔深下钻孔窥视成果现底鼓问题，表明通过超前支护段通过采用注浆锚索进行支护可实现顶板稳定。3结论1)在3 3 0 2 综放工作面回采巷道超前支护中，通过使用注浆锚索可提高顶板稳定性同时锚索锚固端位移顶板稳定岩层中，可起到减少超前支护段在采动影响下出现下沉量大问题；同时在支护时配合使用单体支柱强化支护，可避免注浆锚索支护强度不足或者采动影响剧烈等因素引起的顶板冒落问题。在3 3 0 2综放工作面回采巷道通过采用主动支护技术替代部分单体支柱，可减少超前支护工作量，降低超前支护工作强度；同时注浆锚索可通过机械化施工，支护效率较高。2)注浆锚索主动式超前支护技术具有施工工艺简单、机械化程度高、适用性广、回采工作面作业空间大的优点。注浆锚索主动式超前支护主要作用是阻止巷道顶板原有裂隙进一步扩展及连通；通过注浆加固顶板围岩破碎区域，提高顶板承载能力。主动式超前支护技术简化了施工工序，提升了采面回采速度，对目前综放工作面的安全、高效生产适用性更好。参考文献1焦小建，杜锋，汪隆靖，等.缓倾斜厚煤层综放面巷道超前主动支护协同控制技术 J.煤炭技术，2 0 2 2,4 1（3）：2 2-2 7.2梁杰.锚注支护技术在沿空留巷工作面超前支护中的应用 J.机械管理开发,2 0 2 2,3 7(2）：18 4-18 5;18 8.3陈鹏，田士月，王慧.三心拱形巷道锚索超前支护研究及应用 J.能源与环保，2 0 2 2,4 4 2）：2 8 2-2 90.4任有奎.离层注浆钻孔成孔及注浆时机数值模拟研究 J.中国矿程20 0 251（1.61-66（下转第2 8 8 页）（下转第2 8 8 页）aAl（编辑：王慧芳）上接第2 8 5 页（编辑：王婧）?288第3 8 卷机械管理开发每个相位的电压跳跃数约为13 次，三电平整流器12个IGBT的平均切换频率为2 6 7 Hz，切换损失较少。三相电网侧的电流波形，其正极性很高，其THD为4.1%，符合并网的标准。上直流母线的电压波形和下直流母线的电压波形是一种均衡的控制，并且它的波动幅度被限定在它的极限范围内。实验结果表明，采用三电平变频器可以在较低的切换频率下工作，降低网侧的失真率，从而可以有效地降低非线性负荷对电网的影响。采用双绕组EESM，可以实现低速直接联接，具有高效率和高可靠性等优点。利用气隙磁链方向进行矢量控制，能够确保调速系统在稳定、动态特性方面具有较高的效率和可靠性。4丝结语针对山西煤矿立井提升机系统，以提高生产效率、可靠性和降低电网污染为目标，深人研究了立井提升机的调速原理及参数设计、立井提升机的调速控制策略。通过现场应用，证明了采用交直交型三电平变频器的电励磁同步电动机的低速直驱式立井提升机的速度控制效果良好，三电平变频器可以在较低的切换频率下工作，降低网侧的失真率，可以有效地降低非线性负荷对电网的影响。采用双绕组EESM,可以实现低转速的直接联接，具有高效率和高可靠性等优点。参考文献1杨森.ABB主立井提升机提升控制系统的结构分析 J.西部探矿工程,2 0 2 2(7):15 5-15 6;16 2.2戴文琦李阳煤业副立井提升机三电平变频控制技术应用 J.煤,2 0 2 2(2)：3 4-3 5;5 0.3崔庆美.矿山机电设备中变频控制技术原理及应用探析 J.世界有色金属，2 0 2 118）：3 6-3 7.Application of Three-Level Variable Frequency Speed Control Technology in Vertical ShaftHoistNing Lianxu(Shanxi Changping Coal Industry Co.,Ltd.,Gaoping Shanxi 048006,China)Abstract:Taking the speed regulation system of a vertical shaft hoist in a mine in Shanxi as the research object,the speed regulationprinciple and parameter design of the vertical shaft hoist in coal mines and the speed control strategy of the vertical shaft hoist arediscussed in depth with the main purpose of improving production efficiency,reliability and reducing grid pollution.The hardware design ofthe three-level inverter speed control system is proposed for the specific application of the vertical shaft hoist in this mine in Shanxi.Thecorrectness and effectiveness of the frequency regulation method is verified through practical application on site.Key words:vertical shaft hoist;three-level inverter;double-winding electric excitation5徐志远.地面注浆在掘进巷道过大型断层加固中应用研究 .中国矿山工程，2 0 2 1,5 0（6）：7 9-8 1;8 6.6许小永.中空注浆锚索在综采工作面超前支护中的应用研究 J.机械管理开发2 0 2 1,3 6（11）：18 9-190.7刘琦，徐靖.厚硬顶板回采巷道超前补强锚索协同支护技术研究J.煤矿现代化,2 0 2 1,3 0(6：112-116.8程兆辉高强锚注支护技术在破碎围岩巷道围岩控制中的应用.中国矿山工程，2 0 2 1，5 0（4）：7 4-7 6.9周亮.主动式超前支护在长壁开采中的应用研究 D.徐州：中国矿业大学，2 0 2 1.pplication of Active Support Technology in the Over-Support of the Recovery Lane ofComprehensive Working FaceLyu Liang(Gaoyang Coal Mine,Fenxi Mining Group,Xiaoyi Shanxi 032306,China)Abstract:In order to improve the efficiency and reduce the labour intensity of the over-supporting section of the over-supporting section ofthe back-mining roadway at the comprehensive discharge working face,the active support technology is proposed to be applied to theover-supporting of the back-mining roadway.The active support can improve the overall stability and load-bearing capacity of the roof slabin the overrun section of the overrun section of the workface,and reduce the sinking of the roof slab under the action of mining;at the sametime,the single pillar auxiliary support can improve the strength of the support system and avoid the collapse of the roof slab.After the fieldapplication,the deformation of the surrounding rock in the over-supported section of the back-mining lane of 3302 comprehensiveworkface is small,which will not affect the normal use of the lane and achieve better application results.Key words:integrated mining;back mining roadway;overrun support;active support;slurry anchor cable;monolithic