赵楼煤矿中部辅运大巷掘进工作面支护技术.pdf

2023 年 8 月2023 年第 8 期能源是一切生产发展的基石，在进入工业社会以后，人们对煤炭等能源的需求就从未停止。作为最主要的化石能源之一，煤炭的开采在中国的工业中占据重要地位。随着工业的不断发展，中国对于煤炭的需求也在不断增长，因此矿区的开采也逐渐由浅层转向深层。但是过长的巷道会对山体顶部造成巨大的压力，在煤矿开采过程中，经常会出现巷道变形的问题，一旦巷道两帮或者顶底板严重变形，就会造成矿难，危害工作人员的生命安全，造成严重的经济损失，煤矿巷道难以安全开采，对煤炭挖掘工作造成了巨大的影响。在中国的煤矿中，由于地质环境的影响，人们将8001 500 m 定为临界深度，一旦超过这个深度范围，巷道就会变得极不安全1-2。因此研究煤矿巷道掘进工程中的支护技术具有重要意义，只有应用合理的支护技术，并且结合巷道围岩的力学特性，才能保证煤矿巷道的稳定与安全。本文以赵楼煤矿中部辅运大巷为例，设计了一种掘进工作面支护技术。1工程实例该工程地点位于赵楼煤矿中部辅运大巷内，巷道施工以揭露顶层岩石为主。其中 2#煤层以黑色为主，包含亮煤、镜煤以及少量暗煤，厚度为 0.61.6 m，倾角平均值为 6.0毅。顶板泥岩主要呈现深灰色，除植物茎叶化石外，还包含少量碳质泥岩，硬度系数为 45。煤层底板中则主要包含植物根部化石，偶尔存在长石或者云母片，硬度系数为 67。根据地质勘测报告可知，在掘进过程中，可能会出现少量涌水的情况，正常涌水量的预测值为 1015 m3/h，因此在施工过程中需要注意防水工作。2掘进工作面支护技术研究在巷道掘进工作面的支护中，可以采用如图 1 所示的工艺流程。在整个支护过程中，主要将工作班组分为生产班和检修班两部分，生产班用于进行掘进支护工作，检修班则需要对所有机电设施进行维护3。2.1巷道断面截割当掘进工作面受到两侧应力影响时，就会出现较为收稿日期：2022-12-20作者简介：韩青松袁 1983 年生袁 男袁 山东邹城人袁 工程师袁 主要从事煤矿井下掘进技术研究遥赵楼煤矿中部辅运大巷掘进工作面支护技术韩青松（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 郓城 274705）摘要：为保证工作人员在煤矿内部的生命安全袁 设计了巷道掘进工作面支护技术遥 以赵楼煤矿中部辅运大巷为工程实例袁 研究了支护技术的工艺流程遥 设计了巷道断面截割与顶网铺设的方法袁 并设计了巷道内围岩注浆支护方法遥 实验结果表明袁 在巷道表面位移的监测中袁 顶底板相对位移量及两帮相对移近量均在预期数值范围之内袁 在巷道顶板岩层位移的监测中袁 掘进阶段与回采阶段的位移值也在可控范围之内遥 由此可见袁 该支护技术具备较好的效果袁 可以被大范围应用遥关键词：赵楼煤矿曰 中部辅运大巷曰 掘进工作面曰 支护技术中图分类号：TD353文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)08-0105-03Support Technology for Excavation Working Face of Central AuxiliaryTransportation Roadway in Zhaolou Coal MineHAN Qingsong(Zhaolou Coal Mine,Yanmei Heze Energy and Chemical Co.,Ltd.,Yuncheng 274705,Shandong,China)Abstract:In order to ensure the safety of workers inside the coal mine,support technology for roadway excavation working facehas been designed.Taking the central auxiliary transportation roadway of Zhaolou Coal Mine as an engineering example,thetechnological process of support technology was studied.Methods for cutting the cross-section of the roadway and laying the topmesh were designed,and a grouting support method for the surrounding rock in the roadway was designed.The experimentalresults indicate that in monitoring the surface displacement of the roadway,the relative displacement of the roof and bottom andthe relative displacement of the two sides are within the expected values range.In monitoring the displacement of the roadway roofstratum,the displacement values during the excavation and mining stages are also within a controllable range.It can be seen thatthis support technology has good effects and can be widely applied.Key words:Zhaolou Coal Mine;central auxiliary transportation roadway;excavation working face;support technology（总第 215 期）技术研究1052023 年第 8 期2023 年 8 月明显的破坏现象。其中，一侧为实体工作面，另一侧则与之有所差异。通过对断层巷道进行保护与分析，可以确保巷道成型的质量。在每个循环作业阶段将巷道分为上下两个阶梯，并依据先下后上的方式进行截割。截割需要从左下角开始，先截割出 2 m 的断面空间，第二次截割则需要从左上方开始，至少需要截割2.5 m。在截割工作完成以后，需要通过掘进机将所有截割部位放置在巷道底板，进行顶部的支护工作4-5。在整个截割工作中，首先需要根据下层巷道顶板进行拉伸破坏，一旦底板梁的应力结构强度大于抗剪强度，则会进一步破坏巷道两端。在此基础上，设置两侧的水平应力均为承载力，并在垂直应力的作用下增大巷道围岩所受压力。图 1支护工艺流程图2.2铺设顶网在铺设顶网时，需要注意巷道两端和巷道中线的标定，按照轨道进行铺设施工。施工地点前后需要拉设警戒线，并挂出标识牌。将道床全部铺设平整，且在轨道中也应落实基底，并捣实路面地基，将轨枕的高度设置为铁轨高度的 1/32/3。按照中线的标记，拉设工程线。工作人员需要将所有顶网全部移动到指定位置，并保证中心线在竖直方向与之合并。所有顶网轨道的接头部位均需要有一定的间距，过渡枕的间距需要保持在 480560 mm 之间，按照一定的要求进行调整和校正，确保接头部位的水平度和垂直度符合要求，并将过渡枕的间距保持在规定范围内6。在临近人行道的阶段，需要全部铺设整齐，并采用人工抬架的方式将轨道铺设完毕。使用直线对接的方式，将两根钢轨连接，并将两条轨道的方向排布为直角。调整对准接头的方向，安装轨道下方的软枕结构，将每一根铺设轨道均安装为上紧下实的结构。在每一根钢轨上放置一个螺栓，并在下方安装弹簧垫圈，注意开口方向需要朝下。生产班和检修班在铺设轨道的过程中，需要及时对生产工具进行维护与修理，并保证顶网铺设的严谨整齐。协调工作现场，在所有工具上挂设标识牌，保证闲杂人员不会进入施工现场。在测量腰线与顶网轨道之间的距离时，需要保证起道机不会被抬高。当轨道达到一定高度之后，就需要尽快平整路面，并对损坏的路面进行更换，最大程度保证顶网轨道的正常运输。2.3注浆支护设计在巷道围岩部位，需要根据高支撑架构的作用，计算顶板梁最大作用力。在巷道围岩的大面积破坏区域，根据承载力的差别，得到支护控制的主体结构。在其中注浆，不仅可以保证岩体结构不会受到损坏，还可以提高裂缝之间的黏聚力，增大内摩擦角，在保证最大承载力的同时，显著提升围岩自身的承载力。此外，使用注浆处理的方式，还可以充填不同脱落围岩的大量空隙，减弱支架受力作用，让围岩与注浆共同承载脱落的摩擦力7。注浆的材料需要根据具体的工程情况进行筛选与配制，注浆材料一般为水泥砂浆，尽量选择颗粒较小、强度较高的类型，并且具备有效的力学强度。在巷道掘进工作面，根据注浆地层的深度进行强度计算，选择压力在 20 MPa 以下的浆液，且钻孔深度需要大于 10 m。每次循环注浆均需要采用分段式前进的方式，为保证注浆工作的完整性和安全性，加固长度需要大于 20 m。除了在其中注浆外，还可以在其中添加支架结构，使之能够协同支护。由于支架结构的稳定性较差，在高应力作用下，可以在支架中获取屈服和破坏作用的承载力，得到高阻力系数。根据高阻力系数计算围岩最小强度需求。采用高强度的钢材料支架作为预应力锚索框架，实现支架与围岩结构的共同承载，防止破碎围岩严重变形。在巷道失稳的情况下，底部煤岩层的工作会受到超前支撑力的作用，并在短时间内达到拉伸和破坏的效果。此时的围岩体会受到疲劳破坏的影响，造成自身承载力下降。当回采工作全部结束以后，巷道内部则会通过原始状态的二次破坏达到断裂效果。在顶板梁的拉应力下，最大作用力的计算公式为：Fmax=Mmaxbmax滓max，(1)式中：Fmax为最大作用力，Mmax为梁体的最大弯矩，bmax为梁体的最大宽度，滓max为巷道底板所受到的最大垂直应力。如果最大作用力大于拉伸作用力，就会导致顶板梁被破坏，就此受到块体梁的牵引力作用，形成多个破碎围岩。3实验设计3.1实验方案为测试上述设计的掘进工作面支护技术的有效性和安全性，设计了针对该巷道的监测方案，主要监测内容包括巷道表面位移、巷道顶板岩层位移。在该实验中，采用 EBH315Q 型岩巷掘进机掘进施工，采用DSJ 80/40/275 型带式输送机输送矸石，采用 MQT-130型锚杆钻机钻进岩石，加快成巷速度，电机车则需要将矿料输送到指定位置。在巷道内设置监测点，监测点布置情况如图 2 所示。在巷道左侧、右侧、前方 2 m 处分别设置 6 个监测点，监测点之间相距 1 m。安全质量检查撤防护网、截割铺设顶网临时支护下帮部支护清底出矸顶板支护上帮部支护1062023 年 8 月2023 年第 8 期6 5 4 3 2 1654321654321巷道16监测点号。图 2监测点布置图表 2巷道顶板岩层位移单位：mm监测点掘进阶段回采阶段区内区外累计区内区外累计前 13218503581116前 23515503685121前 33616523889127前 43919584293135前 54121624595140前 64325684897145左 135175238109147左 234185235108143左 336155144107151左 43814524694140左 53520553795132左 632124432102134右 124265040104144右 221234441101142右 326245045114159右 423254844115159右 522224436116152右 6252146421131553.2巷道表面位移监测为观测掘进阶段巷道的表面位移情况，对 18 个监测点部位的表面位移进行测量，结果如表 1 所示。表 1巷道表面位移单位：mm在顶底板相对位移的测试中，如表 1 所示，左方、右方、前方 3 个方向 6 个监测点的位移量均在 100120 mm 之间，且随着监测点与巷道距离的增大而减小。在两帮相对移近量的测试中，左方、右方、前方 3 个方向 6 个监测点的移近量均在 250270 mm 之间，不同的监测点间没有明显的周期性变化。总体而言，二者的数值均相对较小。3.3巷道顶板岩层位移监测在巷道 3 个方向的煤层中，测试巷道掘进阶段与巷道回采阶段顶板岩层位移值，如表 2 所示。在掘进阶段，前方巷道的区内位移值在 3050 mm之间，区外位移值在 1030 mm 之间，累计值为 5070 mm。左方巷道的区内位移值在 3040 mm 之间，右方巷道的区内位移值则为 2030 mm。左方巷道的区外位移值为 1020 mm，右方巷道的区外位移值为 2030 mm。通过计算可知，左右 2 个方向巷道在掘进阶段的位移累加值分别为 4060 mm 和 3050 mm。由数据结果可知，巷道内部锚杆没有起到有效的支护作用，岩层结构较稳定，顶板岩层位移较小。在回采阶段，前方巷道的区内位移值在 3050 mm之间，区外的位移值在 80100 mm 之间，累计位移值则为 110150 mm。左方巷道的区内位移值在3050 mm 之间，右方巷道的区内位移值则为 3050 mm。左方巷道的区外位移值为 90110 mm，右方巷道的区外位移值为 100120 mm。通过计算可知，左右 2 个方向巷道在回采阶段的位移累加值分别为 130160 mm和 140160 mm。此时顶板部位开始出现变形，变化速度较慢，虽然顶板岩层位移有所增加，但是还在可控范围之内。由上述数据结果可知，本文设计的掘进工作面支护技术可以在巷道掘进过程中达到较好的保护效果。4结束语结合赵楼煤矿中部辅运大巷的掘进工作面设计了一种巷道支护技术。通过实例测试可知，该技术在巷道表面位移和巷道顶板岩层位移两个方面均具有较好的实验结果。由此可知，该支护技术具备有效性，且效果良好。应用该支护技术，可以进一步提高煤矿巷道内部的安全性，在保证掘进工人安全性的同时，减少工程成本，具有较好的实用性。参考文献：1任硕，毕天富，李治国，等.复合顶板沿空巷道煤柱宽度优化及围岩控制技术研究 J.煤炭工程，2022，54(11)：13-17.2邸旭峰，张百胜，郭俊庆，等.大采高迎采巷道矿压显现规律及顶帮协同补强支护技术研究 J.煤炭技术，2022，41(10)：44-48.3窦凤金.薄基岩强风化厚松散层下巷道掘进与支护技术 J.煤炭技术，2022，41(10)：62-66.4周磊，朱文龙.钟九铁-550 m 水平大断面交岔点支护：注浆加固耦合技术方案 J.金属矿山，2022(9)：49-54.5岳延朋，王涛，孙志勇.回采工作面多巷布置复用巷道全锚索支护技术研究 J.矿业安全与环保，2022，49(4)：169-175.6姚直书，王晓云，王要平，等.煤矿 TBM 掘进巷道围岩时效变形分析及支护参数优化研究 J.煤炭工程，2022，54(7)：31-37.7王金平，周宏，黎劲东，等.复合软岩淋水顶板及底鼓巷道锚注一体化支护技术研究 J.煤炭技术，2022，41(7)：47-50.（编辑：刘晓芳）监测点顶底板相对位移量两帮相对移近量左右前左右前111311910825825425721111171072672512653109116106265258258410811410425626626651071131032582632636106111102259254258韩青松：赵楼煤矿中部辅运大巷掘进工作面支护技术107