厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道支护技术研究

1、厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道支护技术研究 完成单位：晋城蓝焰煤业有限公司成庄矿 天地科技股份有限公司 二项目研究的关键技术三项目的创新点四主要技术经济指标及国内外对比五应用效果与经济社会效益一立项背景与目的q “大U套小U”通风，巷道复用，下区段工作面少掘一条巷道。q 采空区侧布置巷道，巷道受力复杂。q 煤层厚度5.9m，放顶煤采煤工艺，巷道必须要布置在应力升高区，支护难度大。q 目前采用的锚杆支护效果差，围岩变形不能得到有效控制，巷道安全得不到保证 。一、立项背景与目的q 必要性：非常有必要开展厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道支护技术研究，以满足矿井安全、高效生产的要求。q 目 的：研究

2、开发出厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道支护技术，解决成庄矿目前存在的巷道支护难题。一、立项背景与目的二、项目研究的关键技术l 应力升高区巷道变形主要原因：受两个工作面支承压力及叠加影响。l 厚煤层放顶煤工作面巷道变形原因：松软煤帮发生扩容与整体移动，又引起顶板下沉与强烈底鼓。l 巷道支护理论与方法：提出高预应力强力锚杆锚索支护理念，实现一次支护，避免二次支护和维修。q 厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道围岩变形破坏机理及支护理论q 高预应力锚杆锚索支护设计方法与参数选择l 锚杆预应力在围岩中产生的应力场分布特征 提出锚杆预应力场的概念，采用数值模拟计算锚杆预应力、密度、有无钢带、安装角度等参数对

3、预应力场分布的影响。 预应力100kN二、项目研究的关键技术3根锚杆预应力20kN-50002000-50000-50000-50000-20000-30000-10000-5000-10000-5000-10000-100000-5000-5000-5000-500002000200002000200000000000YXZ-500010000-10000-200000-280000-70000-120000-60000-40000-1200000-10000-80000-40000-80000-120000-80000-60000-60000-70000-40000-60000-60000

4、-40000-60000-80000-80000-80000-20000-20000-40000-70000-60000-70000-60000-60000-10000-20000-40000-40000-20000-20000-20000-1000000-100005000-50000-50005000-500010000-5000-5000-5000-50000500050000-5000-50005000000000YXZq 锚杆预应力：能够形成连续分布的压应力区；q 钢带：W钢带传递锚杆预应力；q 锚杆间排距：使单根锚杆形成的压应力区连接、叠加；q 锚杆角度：垂直顶板布置。有钢带无钢带

5、0000100005000-50001000010000-5000-5000100000010000-5000-100000-10000-10000-5000-60000-4000010000-5000-60000-80000-20000-20000-60000-20000-5000-10000-10000-5000-5000-5000-5000-20000-40000-40000-60000-5000-10000-80000-600000-160000-200000-10000-260000-40000-40000-60000-40000-10000-260000-2400005000YXZ

6、角度5二、项目研究的关键技术YXZSZZ(Pa)200001000050000-5000-10000-20000-30000-40000-50000-60000-70000-80000-90000-100000-120000-140000-160000-180000-200000-220000-240000-260000-280000Frame 001 16 Dec 2006 FLAC3D to Tecplot 10YXZSZZ(Pa)200001000050000-5000-10000-20000-30000-40000-50000-60000-70000-80000-90000-10000

7、0-120000-140000-160000-180000-200000-220000-240000-260000-280000Frame 001 16 Dec 2006 FLAC3D to Tecplot 10l 锚杆锚索形式与参数 锚杆形式：高预应力、强力锚杆支护 支护参数： 预紧扭矩：400Nm 锚杆直径：22mm 锚杆长度：2.4m 间排距：不大于1m 安装角度：垂直巷道表面 二、项目研究的关键技术l 锚杆锚索形式与参数 锚索形式：高预应力、强力锚索支护 支护参数： 预应力：200-250kN 锚索直径：20-22mm 锚索长度：7m 安装角度：垂直巷道表面 二、项目研究的关键技术11

8、9结构锚索断面q 开发出高预应力、强力锚索材料与配套机具l 开发出119结构锚索，直径22mm，拉断载荷550kN；延伸率提高1倍。l 开发出与强力锚索配套的张拉设备，额定载荷300kN。二、项目研究的关键技术q 典型巷道锚杆锚索支护技术井下试验l 厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道：两帮移近量500mm，顶板下沉量200mm。支护效果良好，基本未二次复修。二、项目研究的关键技术煤柱侧巷帮采空区侧巷帮 锚 索 22-7300强 力 锚 杆 22-2400三、项目的创新点首次对厚煤层采空区边缘的应力升高区巷道进行支护研究，项目的成功为煤矿巷道布置增加了一种选择。提出高预应力、强力锚杆、锚索支护理念

9、，突破沿空巷道锚杆间排距必须小于1m的传统观念，大幅度减少锚杆锚索支护密度，同时提高了支护效果。开发出119结构强力锚索及配套张拉设备。显著提高锚索拉断载荷的同时延伸率也成倍增加。国内外同类技术指标先进性对比项 目国 外国 内本 项 目比 较支护理论最大水平应力理论二次支护理论；联合支护理论高预应力强力锚杆锚索支护理论国际领先支护材料优质钢材,价格高锚索直径 15.2-17.8 mm, 17股破断载荷350kN锚索直径22mm, 119股，破断载荷550kN国际先进锚索预紧力与长度150-200kN5-10m50-100kN5-10m200-250kN7m国际领先使用条件巷道地质条件简单开采深度小复杂困难巷道厚煤层放顶煤工作面应力升高区巷道条件复杂支护效果好围岩变形量大，多次维修或翻修变形量大幅降低，实现一次支护国际领先安全性高差高国际先进经济效益一次支护成本略低，但维修成本高综合成本降低10%，增加1.12亿收入效益显著四、主要技术经济指标及国内外