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典型条件工业性试验和推广应用典型条件工业性试验和推广应用 淮南矿业（集团）有限责任公司淮南矿业（集团）有限责任公司中国矿业大学中国矿业大学合肥煤炭研究所合肥煤炭研究所沈阳煤炭科学研究所沈阳煤炭科学研究所2002年年10月月 汇报内容汇报内容 4种典型条件工业性试验概况类煤巷的高预拉力大间排距锚杆支护试验（谢桥8槽）类煤巷的预拉力桁架支护试验（谢桥13槽）、类煤巷的预拉力桁架锚索组合支护试验（潘三13槽）双重复合锚梁板支护试验（潘一11槽）推广应用情况(2002.10)矿区目前的支护状况（2003.6）对矿区发展的推动作用试验点：1228综采工作面回采系统运输顺槽沿空掘巷段1150m，实体段1200m；轨道顺槽2550m全部在实体煤中；切眼230m。类煤巷的高预拉力大间排距锚杆支护试验 谢桥煤矿8槽煤层典型综合柱状图谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验 谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验图5.5 12228切眼锚杆布置示意图 设计导硐断面：宽中高=4.0m2.8m谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验 照片1 8槽实体巷掘后稳定段巷道 谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验照片2 8槽沿空掘巷稳定段巷道谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验照片3 8槽沿空掘巷加强支护段巷道谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验类煤巷工业性试验小结1)8槽实体煤巷采用1.2m的大排距高性能预拉力锚带网支护，顶板十分稳定，两帮相对位移量都不大，锚杆处于正常受力状态，整个支护结构没有严重变形，在技术和经济上都显示了巨大的优越性，满足了超长推进工作面两巷和大跨度切眼的支护要求；2)沿空掘巷留4m煤柱护巷,采用单一预拉力锚杆支护能够取得成功，顶板离层值小，巷道稳定可靠，不需采取其他它加强支护手段，帮顶不需翻修，能够满足工作面正常推进的要求；类煤巷工业性试验小结3)M型钢带作用显著，强化了锚杆间作用，保持了顶板的整体稳定性，为实体巷道采用大间排距、沿空掘巷采用单一的锚杆支护创造了条件；4)评价整个支护状况，尚有一定的富裕，实际锚杆预拉力偏低；选用大扭矩锚杆钻机，进一步提高锚杆的预拉力，可以减少每排锚杆用量，为进一步优化支护参数创造条件。因此采用单一高性能预拉力锚杆和因此采用单一高性能预拉力锚杆和M型钢型钢带结合可以解决淮南新区第一类稳定型带结合可以解决淮南新区第一类稳定型煤巷支护问题；煤巷支护问题；类煤巷的预拉力锚杆桁架组合支护试验试验地点：1212(3)综放工作面回采系统实体：966m（留顶煤），沿空：120m，沿顶，煤柱8m；260m，沿顶，煤柱4m；切眼：210m 切眼(锚网)谢桥矿谢桥矿1212(3)1212(3)综放工作面煤巷桁架支护工业性试验综放工作面煤巷桁架支护工业性试验 图5.14 1212(3)综放面典型柱状图 图5.16谢桥矿1212(3)综放面实体巷道锚杆布置 图5.17谢桥矿1212(3)综放面沿空掘巷锚杆布置 图5.18 谢桥矿1212(3)综放面切眼锚杆布置 照片4谢桥矿1212(3)综放面上顺槽支护状况(跟底逮顶煤掘进)照片5谢桥矿1212(3)综放面超前加强支护状况(4m煤柱)类煤巷工业性试验小结类煤巷工业性试验小结1)采用高性能预拉力锚杆、M钢带、钢绞线桁架系统组合支护能够解决13槽实体、留小煤柱沿空掘巷的支护问题，满足安全生产要求，试验取得成功。2)由于顶板煤体十分破碎，稳定性差，尤其是沿底留顶煤施工时，巷道围岩的整体稳定性较差，支护必须在确保顶煤稳定的原则下开展，顶板的稳定性依赖于桁架系统。建议在目前技术水平下13槽综放实体巷道跟底掘进，沿空巷道中跟顶掘进。3)沿顶丢底煤沿空掘巷采用45m煤柱护巷为宜，控制围岩变形的重点是两帮和底板，尤其是煤柱帮，要提高其支护强度，减少松散变形，增强承载能力，减缓两帮移进。类煤巷工业性试验小结类煤巷工业性试验小结4)部分区段沿空掘巷变形过大，帮锚杆断裂和轻型钢带撕断时有发生，因此要进一步提高锚杆的结构性能，加大锚杆预紧力，调整锚杆布置，在两底脚增加底板锚杆，以减少底鼓。5）新型预拉力锚杆支护杜绝了顶板煤层自燃发火倾向，控制变形效果优越于小棚距的U型钢架棚支护。6)由于沿空掘进压力大，煤顶破碎，沿底留顶煤沿空掘巷十分困难，顶板煤体随综掘机割煤随即垮落，顶板几乎没有自稳时间，完全依赖于超前护顶锚杆，施工过于困难，难以形成可供推广的技术。试验点：1211(3)综采工作面两道实体：400m；沿空：200m维护特点：1211(3)综采工作面两道，其中轨道顺槽与已收作的1221(3)工作面采空区仅留设3m阶段煤柱；巷道埋深517m，巷道长度1250m。该面煤层较稳定，煤厚3.8m4.0m，平均煤厚3.9m，含一至二层夹矸，夹矸总厚为0.1m0.58m。煤层结构简单，煤层倾角1315平均14。巷道跟煤层顶板掘进，直接顶为灰色泥岩，性软，易碎，裂隙发育，厚2.52m；其上的13-2煤层，层理发育，厚1.0m；13-2之上又是灰色泥岩，同样性软，易碎，裂隙发育，厚1.14m；老顶为灰白色砂岩，致密、坚硬、裂隙局部发育；老顶之上为灰色泥岩，厚1.6m；再其上为4.66m厚的粉细砂岩。由于1211(3)工作面附近发育有F1-170H=070m和F226880H=36m两条大的正断层，导致煤系砂岩裂隙发育，因此13-1煤层顶板砂岩水与第四系下含水层有一定的水力联系，并对该面采掘生产威胁较大。、类煤巷的工业性试验 图5.28 1211(3)上顺槽初步设计锚杆布置图 照片9 潘三离层型巷道的推广应用情况 照片7 潘三1211(3)实体巷破碎顶板下组合支护状况 类煤巷工业性试验小结（实体）类煤巷工业性试验小结（实体）4.结论1)试验结果初步表明，采用高性能预拉力锚杆、预应力桁架系统和锚索相结合的支护方式用于支护1211(3)实体巷道，在技术上是可行的。2)从掘进期间及掘后稳定期的维护看，巷道围岩变形量总体上较大，但巷道稳定性处于可控状态，能够基本满足工作面正常推进的要求。3)部分地段顶板淋水大，对巷道帮顶破坏较严重，该地段围岩变形也较其他地段明显增加，应采取打点柱或套棚等加强措施，以控制顶板的进一步变形，确保安全。4)试验初期，锚杆破断现象较频繁，破断锚杆位置多发生在顶板靠两帮角第一、第二根，断裂形式多为剪切破坏，因此锚杆结构和受力状态尚需调整。潘三矿潘三矿1211(3)1211(3)沿空掘巷组合锚杆支护工业性试验沿空掘巷组合锚杆支护工业性试验 该部分由合肥煤炭研究所提供设计并配合矿压观测。1.支护参数设计 巷道断面尺寸：宽高=4.02.6m；顶板支护结构：金属网+槽钢梁+锚杆+锚索。每棚用3800mm长12#槽钢、3根15.246200mm的锚索、3根202500mm的锚杆、及一块金属网组成。锚索和锚杆间隔布置，穿过槽钢梁锚入顶板，靠上肩窝位置为锚索、靠下肩窝位置为锚杆，锚杆(索)间排距：760700mm。顶板金属网：长宽=4500800mm，8#铁丝编织，网孔规格：50mm。工作面侧煤帮支护结构：金属网+钢带+锚杆。采用16002003mm的平钢带沿巷道轴向均匀铺设，每三排锚杆为一组，每组由12根锚杆、4根钢带及3块金属网组成。锚杆间排距：800700 mm，金属网长宽=3300800mm。小煤柱侧帮支护结构：金属网+钢带+锚杆，与工作面侧帮支护基本相同，其区别在于，每组安装9根锚杆、3条钢带，钢带与钢带之间距离800mm改为700mm。锚索安装预紧力60kN，锚杆锚固方式：加长锚固(每孔1根2355中速药卷、1根2335快速药卷)，锚索锚固方式：加长锚固(每孔3根2355中速药卷、1根2335快速药卷)。照片10 潘三1211(3)沿空巷组合支护状况 小结 潘三矿1211(3)沿空掘巷复合顶板松软破碎，长期淋水，护巷煤柱窄，地质采矿条件非常困难和复杂，锚梁网索支护试验经过了回采的考验，基本取得了成功。试验表明：1)采用锚梁网支护在技术上是可行的。采用的主要技术参数是合适的，槽钢与锚索、锚杆组成的斜拉整体支护结构有利于防止顶板垮落和保证安全；高强度、高密度、高刚度的护顶背帮及外锚结构有利于提高锚杆、锚索的外锚效果及其整体性，有利于减轻围岩的破碎、冒落、下垂；主动让压支护技术措施有利于锚杆与锚索的承载特性与顶板岩层变形及遇水膨胀变形特性相适应。、类煤巷工业性试验小结（沿空）类煤巷工业性试验小结（沿空）小结2)由于顶板高形变压力的释放，由于顶板泥岩遇水膨胀产生较大的变形和膨胀压力，试验巷道的围岩移进量较大，锚杆、锚索的承载特性与顶板岩层的变形特性不能完全相适应，造成锚杆、锚索损坏较严重，应改善支护结构性能，实现合理的主动让压支护，并与围岩的变形特性相适应，避免或减少锚杆与锚索的损坏，改善巷道的维护状况。3)为减少巷道变形量和维修量，可适当增大巷道设计断面积，加大断面变形收敛的预留量；扩大超前支护的范围，以期减轻回采期间的巷道变形量。、类煤巷工业性试验小结（沿空）类煤巷工业性试验小结（沿空）11槽煤巷锚梁板支护试验试验点：潘一煤矿潘一煤矿1111槽煤层皮带机运输下山槽煤层皮带机运输下山特点：11 槽煤层赋存稳定，结构简单，煤层厚1.361.59m，两邦下部1m左右为煤层底板泥岩。顶板岩层含两条煤线，属于典型的复合顶板，顶板岩性在掘进过程有较大变化，局部地段因受断层构造破坏，巷道顶板破碎易于冒落。采用常规支护维护期仅1年，其中 U29棚维护，底鼓严重，支架变形损坏，断面收缩率40%；采用锚网喷支护时，喷层开裂、底鼓，大范围变形，曾发生过冒顶事故，安全可靠性底。支护方案：锚梁板支架结构支护参数：顶板部分：由锚杆、锚索、钢筋背板及顶板槽钢梁组成。每根槽钢梁中安装3根锚杆、1根锚索。顶板槽钢梁采用12#槽钢制作，每根槽钢梁长3200mm；锚杆规格为161800mm，全长树脂锚固，锚杆安装的间排距为700700mm；锚索长6.3m。两帮：1根槽钢梁、3根锚杆、2块钢筋背板组成。11槽煤巷锚梁板支护试验 照片11 潘一煤矿11槽煤层皮带机运输下山支护状况 1）本项研究技术将巷道的高强度支撑与高强度背护相结合，将巷道的高强度顶板支护与高强度巷邦支护相结合，在西三11槽皮带机下山试验是成功的，显著改善了巷道的支护状况。2)自巷道掘出40至50天后，巷道围岩变形就趋于稳定,围岩变形速度都在1mm/d以下，顶底板累计移近量仅为29mm35mm，两帮累计移近量也只有46mm55mm，上述现象说明，锚梁板+锚索联合支护强度能够满足该区段巷道支护需要、并有一定的富裕。3)局部地段顶板出现了离层和软化、浅表0.5m范围内的巷帮围岩的松动、帮顶板锚杆和锚索受力偏低等现象的原因，主要是锚杆的预紧力不足，也有施工质量的问题。4)每米巷道的支护材料费1210元。与现在该矿普遍采用的U型钢支架支护方法相比，每米巷道可节约支护材料费1455元，工人支护施工的劳动强度大大降低。11槽煤巷锚梁板支护试验小结谢桥矿推广应用情况00年6月首次在11228下顺槽使用新型预拉力锚杆；01年取得突破性进展，在13槽综放煤巷取得成功，应用面扩大到沿空、切眼；锚杆加工技术和性能取得重大进展，破断现象明显减少；02年，支护范围拓展到高帮沿空掘巷等各种条件，全面推广表5.22 近3年谢桥矿煤巷锚杆支护比重统计表年份200020012002年7月份止锚杆支护巷道进尺（m）343269204800锚索网支护率（%）64.067.567.5潘三矿推广应用情况00年以前仅在11槽应用锚杆支护，使用比重13.7%；00年1221(3)破碎复合顶板条件使用新型预拉力锚杆、M型钢带、钢绞线桁架等手段取得成功，接着在1471（3）构造应力区试验取得成功；02年，全面应用到沿空、切眼等各种条件，矿井支护状况显著改善。潘三矿推广应用情况表5.24潘三矿近3年煤巷掘进进尺统计表年份200020012002年8月份止总计架棚巷道（m）11264.73849.61652.719376.1锚索网巷道（m）1791.36458.76048.711689.6总计（m）1305610308.37701.431065.7锚索网支护率（%）13.7%62.778.5潘一矿推广应用情况00年以前浅部煤巷及半煤岩巷高强锚杆支护应用绞成功，进入深部以后处于徘徊状态；累计290m；01年开始全面试验新技术，累计4582m；02年前3季度推广2526m（部分采场转入底区）张集矿推广应用情况2002年投产；01年6月份首次在13槽实体煤进行新型预拉力锚杆支护工业性试验，累计4520米；2002年(截止6月份)为1330米，7月开始试验大断面沿空掘巷支护技术。集团公司新区矿井锚杆支护现状（2003年6月）矿井2002年度2003年度16月进尺（m）支护率（%）进尺（m）支护率（%）谢桥924278603391潘三1148380343377张集678642491365潘一640348242944合计33914581689270对矿区发展的推动作用对矿区发展的推动作用回采面单产明显提高综采单产5.9万吨/月/个(1999年)提高到11.2万吨/月/个(2002年);；掘进单进迅速提高谢桥炮掘架棚107m（1999年），炮掘锚杆153m（2000年），提高42%；综掘架棚257m（1999年），锚杆316m（2000年），提高23%；张集综掘架棚351m（2002年），锚杆402m（2002年），提高17.4%；综掘架棚记录470m（2001年），锚杆758m（2002年），提高61%；掘进成本大幅降低张集U型棚综合成本3227元/米,锚杆1894 元/米,减少30%；集团公司吨煤支护材料费15.3元(1999年)降低到9.8元（2002年）；安全状况有根本保证新区推广至今，综采工作面掘进和回采期间未出现死亡事故