锚索梁支护技术在薄煤层沿空留巷中的研究与应用.doc

锚索梁支护技术在薄煤层综采沿空留巷中的研究与应用姚 永，谢绍成 （山东能源枣庄矿业（集团）有限责任公司滨湖煤矿， 山东 枣庄 277515）摘要：巷道支护方式、支护参数的选择是巷道成功留设的关键。通过对锚索梁联合支护机理的研究，锚索梁支护可以改善围岩应力集中状态，提高围岩承载结构的整体性，有效控制巷道的变形。在滨湖煤矿12202运输巷留巷中采用锚索梁支护方式，采煤时利用直接顶冒落矸石作为沿空留巷的充填材料，用工字钢棚作为巷内基本支护与巷内加强支护。矿压观测表明巷道支护状况良好，维护了巷道围岩的稳定性。关键词：锚索梁支护；沿空留巷；冒落矸石；薄煤层；矿压观测Study and Application of Anchor Beam Supporting Technology in Gob Side Entry Retaining for Thin Coal Seam Fully Mechanized Mining YAO Yong, XIE Shao-cheng(Binhu Coal Mine of Shandong Energy Zaozhuang Mining CO., LTD, Zaozhuang 277515, China)Abstract: Roadway support, support parameter selection is the key to success of roadway design. The paper studied anchor beam combined support mechanisms, anchor beam support would improve surrounding rock stress concentration, improve surrounding rock bearing structural integrity, effectively control the deformation of roadway. Anchor beam Supporting Technology was used in 12202 transportation roadway of Binhu coal mine, coal gangue caving from immediate roof coal was as filling materials of Gob Side Entry Retaining, I-steel shed was as primary supporting and strengthening support in the roadway. Underground pressure observation shows that the roadway support is in good condition, maintain the stability of surrounding rock of roadway.Key words：anchor beam supporting; gob side entry retaining; caved gangue; thin coal seam; underground pressure observation0 引言沿空留巷可以真正实现无煤柱开采，有利于提高煤炭资源回收率，减少巷道掘进量，尤其是薄煤层矿井从根本上改善采掘接替的紧张局面，提高矿井开采效益。沿空留巷的围岩变化比较复杂，用传统的锚杆支护方式很难控制巷道的变形，只有采用强化支护技术才可以最大程度地发挥围岩承载结构的作用，有效的控制巷道的变形。锚索梁支护能够有效改变顶板应力状态，改变围岩应力分布，对沿空留巷围岩结构控制具有重要作用1-3。本文结合枣庄矿业集团滨湖煤矿的具体工程实例对锚索梁支护配合工字钢棚支护技术在沿空留巷中的应用进行研究。1 锚索梁支护控制机理 锚索梁支护结构是采用型钢和普通锚索组成组合结构的巷道顶板特殊支护形式。常用的托粱主要是型钢等。 在锚索的压应力作用下，托梁与锚索的支护范围内的岩层产生压缩，使其形成一个整体，使巷道顶板形成“刚性”顶板，提供了一个承载自稳结构，从而增强围岩的整体稳定性及其力学性能。锚索梁支护结构是在顶板锚索支护基础上发展起来的一种特殊的顶板支护形式，改善了普通锚索的支护效果。2 工程概况实施沿空留巷试验的12202工作面走向长度1460m、倾斜长度200 m，开采深度518631m。煤层可采厚度平均为1.35m，煤层倾角410。12下煤直接顶以泥岩为主，厚1.055.65m，平均厚4.68m，顶板岩石强度f=24，极易冒落；直接底（八灰）厚0.834.18m，f=46，普含泥岩伪底，厚0.050.30m。根据12层煤的地质特点和12202工作面的具体情况，我们确定12202工作面运输巷留巷长度为360m，下一步作为与之相邻的12206工作面的运输巷使用。3 12202运输巷沿空留巷方案的选定及实施通过不断的研究、探索和实践，我们总结了“预先加固、铺网造帮、后续扶棚、矿压观测”16字沿空留巷工作法，欲留巷宽度为3m，回采时在工作面后方进行沿空留巷。3.1 巷道掘进时期的设计（预先加固）12202运输巷断面为矩形，净高为1.9m，净宽3.4m。针对12层煤顶板比较破碎的特点，在12202运输巷掘进前，设计选择了合理的支护参数，巷道采用锚网索梁联合支护形式。顶板锚杆选用规格为182000mm的高强度树脂螺纹钢锚杆、排距为1m，每排3根；钢筋网采用6.5的钢筋焊接的网，网目为0.10.1m；巷中每5.0m布置一根锚索梁，锚索梁采用16#槽钢，长3.0m，一根锚索梁上面打三根锚索，锚索的长度为8.0m。两帮选用规格为161600mm的树脂锚杆、菱形网支护，上部锚杆布置在距顶板400mm处，以下锚杆按800mm间距布置,锚杆间排距8001000mm，配铁托盘。由于沿空留巷巷道服务时间长，需要经受两次采动影响，矿压显现剧烈，采动影响易导致巷道顶板离层及片帮。为了保证留巷成功，需对原巷道顶板支护进行补强，方能使所留巷道能够满足使用要求。补强措施为：对顶板采用锚索梁进行加强支护，锚索梁使用16#槽钢，锚索锚入顶板砂岩深度不小于2m。锚注树脂锚固剂4支，锚索长度为8m，补强锚索梁长2.6m，使锚索梁的间排距加密为1.0m。3.2 铺网造帮就是借鉴综采分层造假顶支护技术，根据预留巷道的高度、顶板跨落高度、跨落角的大小等参数，对靠近留巷老塘侧工作面内的1-3#支架，在回采时铺设双层菱形网，网与网采用双股扎丝进行对接，扎结点间距为100mm，随工作面的推进和1-3#支架顶板冒落，从而在留巷老塘侧形成自然岩帮，能有效防止老塘侧顶板矸石外窜。3.3 后续扶棚为防止所留巷道顶部岩梁与上部岩层离层，边生产边采用“工字钢棚单体支柱”支护留巷。棚距1m，材料选用11#矿用工字钢，梁长2.8m,腿长2.3m，棚腿与底板夹角为79，顶、帮背板背实（插花背实），背板规格：长宽厚=1200mm100mm50mm。每棚棚梁支设2棵单体（1棵戗柱、1棵立柱）。根据矿压显现规律，留巷80m后回撤老塘侧单体，交替使用。工作面每班推进速度为4-5m，同时扶棚4-5棚，下棚留巷支护与工作面推进同步进行，互不影响。老塘侧支护示意图如图1。图1老塘侧支护示意图3.4 矿压监测 从留巷开始，我们就制定了留巷矿压观测方案，共进行了3组4个项目的观测。分别是顶板离层观测，顶底两帮收缩量观测，帮部应力观测，单体受力监测等四个项目。观测数据做到每天一统计、一分析，验证留巷效果。4 留巷效果及效益分析4.1回采留巷同步走这是该种留巷工艺最为关键和核心的技术所在，彻底解决了传统留巷方式影响工作面正常推进的难题。这一留巷方式工序简单、易于操作，每班只用3人即可，随着采煤推进度，留巷能够同步跟进。现工作面推进度为120130m/月、产量为5.15.3万吨/月，保持了正常月产水平。4.2 留巷成本费用低以留巷1m计算，需要3m长的工字钢棚梁1根，2.3m长的工字钢棚腿2根，长2.6m的锚索梁一根，并均匀布置3根锚索，撑棍6根，单体支柱2棵，长半圆木料810块，木楔、小半圆若干，合计沿空留巷成本费用2630元/m。巷道投入使用后，工字钢棚梁、棚腿还可全部回出，费用会进一步降低。而正常掘进巷道，各类费用合计5400元/m。沿空留巷比正常掘进节省支出2770元/m，12202工作面运输巷沿空留巷360m，节省支出约100万元。4.3 超前留巷缓接续在工作面顺序开采的前提下，前一个工作面边采边留巷期间，后一个工作面就可进行掘进施工，待前一个工作面全部推采完，后一个工作面生产系统就能形成，大大缩短了工作面接续时间。另外，还省去了以往掘进时停头打钻探放采空区积水的时间。目前，与之相邻的12206工作面轨道巷、切眼已施工完毕，还有400m与12202运输巷贯通。与再掘一条巷道相比，可提前1.5个月形成工作面，为安装接续留下了足够的准备时间。4.4 资源回收比率高这一留巷工艺大大减少了掘进工程量，降低了万吨掘进率，打破了传统工作面布置时留设煤柱的现象，真正做到了绿色开采、无煤柱开采，避免了资源浪费，提高了资源回收率。12202与12206工作面360m留巷区段，多回收煤炭资源4860吨，采区回收率提升5%左右。4.5 留巷成型效果好经补强后的巷道，在回采时顶板下沉和两帮移近量几乎为零。留巷段净宽度，上方2.8m、下方3.8m。留巷段巷道高度在1.9-2.1m。留巷段仅局部有棚梁弯曲现象，主要是锚索失效所致，复用此巷时，稍作卧底修复即可。5 结论与建议（1）锚索梁支护改变了锚索外端头对围岩的集中作用力为分布力，从而改善了围岩的应力状态，通过托梁等构件，把压力传给更宽的支护结构表面，提高围岩的整体性、内在抗力和强度，有效控制巷道围岩的变形，保持了巷道的稳定。（2）通过沿空留巷矿压观测，要根据巷道围岩的变化规律，选择合理的支护方式，以达到改进、优化留巷的施工工艺的目的。 （3）有些地方顶底板移近量较大导致二次使用时无法满足运输、行人的要求，因此，在工作面留巷设计中，为使巷道满足二次利用，适当加大掘进巷道高度，满足预留留巷期间断面变形量，减少对留巷后期整修量，从而实现简化留巷后期施工工艺，降低留巷成本。（4）锚索梁支护技术在现场得到成功应用，为该类沿空留巷巷道支护技术提供了参考和借鉴。 参