牛福龙-大同煤矿集团公司锚杆支护技术发展与展望.ppt

2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,1,大同煤矿集团公司锚杆支护技术发展与展望,牛福龙高工/生产部副总,大同煤矿集团公司生产技术部,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,2,主要内容,1.大同煤矿集团公司概况2.锚杆支护技术的发展与现状3.存在的困难和问题4.展望,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,3,大同煤矿集团公司概况,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,4,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,5,大同煤矿集团公司是由晋北忻州、朔州、大同三地市47对生产矿井组成的特大型动力煤基地，地缘辽阔，煤炭资源丰富，开采历史悠久。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,6,部分矿井由于开采历史较长，资源枯竭，破产重组，回收边角煤炭资源；云岗沟的矿井正处在生产旺盛时期，产量逐年递增；正在建设的塔山矿和同忻矿井是两个年产上千万吨的现代化矿井，开采石炭二叠系煤层。形成了“老、中、新”三代矿井相结合的格局，给生产管理带来了一定困难。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,7,近几年来，集团公司紧紧围绕“扭亏脱困、调整重组、壮大发展”的三步走战略，煤炭主业依靠科技进步，努力提高采掘单产单进水平，使产量和效益逐年提高。2006年全集团公司原煤产量6175万吨，产销量1.03亿吨，掘进进尺46.68万米，销售收入270亿元，实现利润2亿元。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,8,大同煤矿锚杆支护技术发展及现状,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,9,大同矿区在掘进支护上，总体经历了木支架、砌碹、混凝土及钢支架、喷射混凝土、光爆锚喷、锚杆支护6个阶段。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,10,1964年开始推广应用岩石电钻打眼，进行锚栓支护。锚杆支护的三个阶段：1、低强度锚杆支护阶段2、锚杆锚索联合支护阶段3、高强度锚杆支护阶段,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,11,第一阶段：低强度锚杆支护阶段,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,12,大同煤矿开采的侏罗纪煤系，含有15个煤层组，21层可采煤层，具有“一平、两硬”的显著特点，且煤层赋存层间距较小。“一平”主要指煤层倾角小，一般为35，属近水平煤层；“两硬”主要指煤硬（f=34），顶底板硬(f=816)，顶底板一般为坚硬的整体砂岩或砂砾岩；煤层层间距一般为1030m，最小为0.8m。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,13,侏罗纪的上部煤层（11及以上煤层），由于层间距大、顶底板坚硬，且地压较小，巷道开挖后变形小，所有岩巷及岩石顶板的煤巷都采用了普通圆钢（Q235）锚杆配套水泥托盘进行巷道支护，特殊条件（如复合层顶板、煤层顶板、大断面切眼顶板）仍采用钢棚支护。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,14,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,15,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,16,普通圆钢锚杆配套水泥托盘支护具有以下优点：1、施工快速方便：打锚杆眼与打进度眼都采用7655卧式凿岩机打眼，安装锚杆用煤电钻搅拌也十分方便。2、价格低廉：普通圆钢锚杆及水泥托盘价格较低。3、水泥托盘护顶面积大，起到了良好悬挂零皮和护表的作用。4、用双螺母紧固，既增大了螺母的承载力，又起到了防松作用。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,17,缺点：锚杆强度低、锚固力低、预拉力低，起不到主动支护的作用，不能有效地控制围岩的变形。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,18,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,19,第二阶段：锚杆锚索联合支护阶段,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,20,随着侏罗系煤层开采的向下转移12#、14#及15#层，巷道地压及变形明显增加，原有的低强度锚杆支护经常有被破坏的现象，1998年我们引进了锚索支护技术，采用锚杆锚索联合支护技术，有效地控制了侏罗系下部煤层的顶板。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,21,同时也解决了大断面切眼，复合层顶板支护难题，采用了锚杆锚索联合支护。锚索的引进应用是大同矿区巷道支护史上的第一次支护历史性的飞跃。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,22,第三阶段：高强度锚杆支护阶段,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,23,大同矿区随着侏罗系煤炭资源的不断枯竭，逐渐进入石炭系煤层的开采。石炭系煤层煤体松软破碎，裂隙发育，煤层总厚1.6329.41米，平均厚度15.72米，采用综合机械化放顶煤采煤工艺，准备巷道和回采巷道均沿煤层底板掘进，顶板煤层厚度较大，极难维护。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,24,针对石炭系煤层的特殊性，2005年4月，在有关科研单位和专家的支持和帮助下，我们引进了高强度锚杆支护技术，取得了良好的支护效果。高强度锚杆支护技术的引进应用，又是大同矿区巷道支护的一次历史性飞跃。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,25,塔山矿是同煤集团第一个开采侏罗系煤层的特大型矿井，设计生产能力1500万t/a，服务年限132年。主采煤层为石炭纪C3C5合并层，煤层总厚1.6329.41米，平均厚15.72米。煤层裂隙发育，煤体松软破碎，开掘巷道后，容易发生冒顶事故。采用综合机械化放顶煤采煤工艺，准备巷道和回采巷道沿煤层地板掘进，巷道顶板煤层厚度较大，极难维护。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,26,支护设计实例,塔山矿2103巷掘宽5.5m，掘高3.6m，沿煤层底版掘进。采用了锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护方式。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,27,（1）顶板支护锚杆形式和规格：杆体采用22#左旋无纵筋螺纹钢，长度为2500mm，杆尾螺纹为M24mm。托板：采用拱型高强度托板，托板规格为10010010mm。W形钢带规格：厚度为3mm，宽度为150mm，长度为4800mm。钢筋网片规格：采用钢筋网片护顶，网格规格为100100mm。锚固方式：树脂加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360，锚固长度1420mm。锚杆布置：锚杆排距间距=900900mm，每排布置6根锚杆。锚杆角度：顶板中部锚杆安设角度为与巷道表面垂直，两边的锚杆安设角度为铅垂线成20夹角。锚索：单根钢绞线，直径为17.8mm，长度为8300mm，加长锚固，采用三支树脂药卷，一支规格为K2335，两支规格为Z2360。锚索间距排距=16002700。尾部配有高强度锚具，配套金属托板规格为30030016mm。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,28,（2）巷帮支护锚杆形式和规格：杆体采用22#左旋无纵筋螺纹钢，长度为1800mm，杆尾螺纹为M24mm。托板：采用拱型高强度托板，托板规格为10010010mm。W形钢带规格：厚度为3mm，宽度为150mm，长度为3000mm。钢筋网片规格：采用钢筋网片护帮，网格规格为100100mm。锚固方式：树脂加长锚固，采用一支树脂药卷，规格为Z2360。锚杆布置：锚杆排距间距=900900mm，每排每帮4根锚杆。锚杆角度：靠近顶底板的巷帮锚杆安设角度为与水平线成10。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,29,（3）支护监测支护监测是研究支护方式、原理，检验支护效果，判断巷道稳定性，保证安全生产的重要手段。进行了顶板离层、表面位移、锚杆锚索受力监测。通过现场锚杆预拉力与顶板离层的监测得出：在初始设计参数下，当锚杆预拉力大于3.5t时，顶板离层趋于稳定，在24cm之间。取一定安全系数，确定最后锚杆预拉力为4.5t。如下图：,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,30,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,31,根据监测，当巷道变形达到稳定程度时，锚杆的最大拉力达到10t左右，回采动压影响时期，锚杆的最大拉力达到13t，小于锚杆的屈服强度19t，所以初始设计是合理的。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,32,（4）快速掘进工艺为了提高巷道掘进速度，采取了以下施工工艺：1.采用S-200大功率掘进机掘进，全断面一次截割成巷，SJ-800皮带运煤，直接运出地面。2.用MYT-140液压锚杆钻机打锚杆眼，扭矩140Nm，最大推进力17KN，提高了打眼速度。3.使用减磨垫圈，在预拉力不变的情况下，减小预紧扭矩30%，提高了紧固螺母的速度。4.使用扭矩螺母，使搅拌树脂药与紧固螺母一次成功，大大缩短了锚杆的安装时间。5.坚持正规循环作业。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,33,存在的困难和问题,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,34,大同矿区在支护上面临两大困难：冲击地压“三软”煤层巷道的支护,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,35,大同矿区的冲击地压,第一个难题：,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,36,冲击地压是世界采矿业共同面临的问题，大同矿区已发生冲击地压危害的矿井有4对（煤峪口、忻州窑、同家粱及云岗矿），因有“两硬”的特点，冲击地压的防治工作更加困难。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,37,坚硬顶板条件下的防治措施：强制放顶措施水压致裂技术煤层注水大孔径卸压孔合理开拓开采部署方案,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,38,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,39,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,40,采取以上措施后，尽管在一定程度上减少了发生的次数、降低了破坏强度，但没有从根本上消除冲击地压灾害的发生，大同矿区以后的冲击地压防治工作仍然十分艰巨。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,41,“三软”煤层巷道的支护,第二个难题：,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,42,轩岗煤电公司是2002年破产重组到同煤集团的一个子公司，所属的四对矿井现开采宁武煤田边缘的石炭二叠纪煤层，主采5#煤层，煤层厚度平均6.5m，煤层硬度系数f=0.50.7。直接顶为砂质页岩，厚度9.713.07m，老顶为中粒或细粒石英砂岩，厚度5.2m，底板为砂质泥岩。顶底板抗压强度均为38.0Mpa，属典型的“三软”煤层条件。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,43,由于5煤层的煤岩可锚性差，不能采用锚杆支护，致使我们的“三软”煤层巷道掘进至今无法实现安全、快速、经济这三大目的。因此，“三软”煤层的巷道支护是大同煤矿集团公司面临的另一个支护难题。,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,44,大同矿区锚杆支护技术的展望,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,45,虽然大同矿区现在已引进了先进的锚杆支护技术，但由于历史和地质条件的原因，我们同煤集团公司的锚杆支护技术还相对落后，还没有建立起完整的锚杆支护体系，今后我们要做好以下几项工作：,2020/6/9,大同煤矿集团公司生产技术部,46,1全面进行围岩地质力学测试，为各种条件下的锚杆支护设计提供基础数据。2进行精细的锚杆支护监测工作，修改、优化支护参数，使支护设