1、近距离煤层顺槽巷道斜拉悬吊支护研究 朱利军 山西焦煤汾西矿业集团贺西煤矿 摘 要： 贺西煤矿 3#煤层与 4#煤层之间层间距为 3.524m, 受 3#煤层采空区和顶板矿压影响及层间距薄、岩性不稳定的影响, 4 #煤层巷道顶板支护成为施工的重中之重。结合斜拉桥施工原理, 探索采用斜拉锚索支护方式, 保证了 4#煤巷道顶板支护的安全稳定。关键词： 近距离; 斜拉; 锚索; 作者简介：朱利军 (1987-) , 男, 山西晋中人, , 2010 年 7 月毕业于山西煤炭职业技术学院, 大专, 助理工程师。主要研究方向:煤矿开采。收稿日期：2017-06-02Research on the supp
2、ort of the slant in the roadway of coal seamZhu Li-jun Hexi Coal Mine, Fenxi Mining Group of Shanxi Coking Coal; Abstract： There exists a layer space of 3.5 m to 24 m between 4# coal seam and 3#coal seam in Hexi coal mine.Affected by3# goaf, roof ore pressure, thin layer spacing and lithological ins
3、tability, the roof support of 4# roadway is the most important construction.According to the principle of cable-stayed bridge, cable-stayed cable support is explored to guarantee the safety and stability of the roof support of 4# coal roadways.Keyword： short Distance Coal Seam; suspension cable; ove
4、rhang; stable combination; Received： 2017-06-021 概况贺西煤矿 3411 工作面位于三采区右翼, 底板标高为 585625m, 地面标高为9431088m。工作面北东部为 3409 工作面采空区, 北西部为金家庄井田边界, 南部为 3413 实体煤及康者新村保安煤柱, 南东为 4 大巷。上部为 3309 和 3311采空区。工作面走向长 1668m, 倾向长 170m, 面积为 283560m, 可采储量1285839t。3411 工作面开采山西组 4 号煤层, 厚层状, 结构复杂, 内生裂隙发育, 玻璃光泽, 属半亮光亮型煤, 煤厚 3.54.
5、19m, 含有夹矸 13 层, 其中一层较稳定, 厚度 0.10.5m。直接顶为泥岩, 基本顶为细粒砂岩;直接底为砂质泥岩, 基本底为粉砂岩。3、4 煤层层间距为 3.59m。煤层顶底板岩石工程地质特征见表1。表 1 煤层顶底板岩石工程地质特征 下载原表 2 巷道原支护方式及存在的问题2.1 原支护情况3411 材料巷采用锚、网、索、钢筋圈梁、W 钢带和 14 槽钢联合支护。顶锚杆采用 202400mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆, 矩形布置, 钢筋圈梁加压W 钢带压菱形网支护。帮锚杆采用 161800mm 的圆钢树脂锚杆, 矩形布置, 钢筋圈梁压菱形网支护。锚索采用 17.86300mm 的低松
6、弛钢绞线, 锚索间距 1100mm, 排距 2700mm, 每排三根, 锚索下压长 2.5m 的 14 槽钢支护, 槽钢垂直巷道掘进方向布置。掘进过程中每 20m 施工 1 个层间距探孔并挂牌管理。层间距小于 5m 时, 采用套棚支护。2.2 存在问题及原因分析3411 运巷开口往里 1120m 处施工过程中曾发生一起冒顶事故 (长 9 m, 宽 4.3 m, 高 5 m) , 巷道冒顶的主要原因分析为:3411 运巷 1120m 处, 层间距探测为5m, 加强锚索支护深度为 4.0m, 顶板锚索锚固到灰黑色泥岩上 (锚索锚固段有一段在松软岩层中) , 同时该段顶板岩层长时间受到采空区水浸泡影
7、响, 顶板岩性强度降低, 形成的组合梁强度较弱, 受上层矿压作用, 导致岩石破裂角发生滑动造成冒顶。3、4 煤层层间距变薄, 且 4 煤上部没有稳定坚硬岩层, 锚索支护不能起到悬吊效果, 是发生事故的直接原因。3 新支护方式3.1 支护原理斜拉桥又称斜张桥, 是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁, 是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小。以一个索塔为例, 索塔的两侧是对称的斜拉索, 通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。假设索塔两侧只有两根斜拉索, 左右对称各一条, 这两根斜拉索受到主梁的重力作用, 对索塔产生
8、两个对称的沿着斜拉索方向的拉力。根据受力分析, 左、右两边的力可以分解为水平向左、水平向右的一个力和竖直向下的一个力, 由于这两个力是对称的, 所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了, 最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力, 这样, 力又传给索塔下面的桥墩。巷道掘进施工时, 巷道两侧煤帮上覆岩层纵向应力受破坏影响作用小, 整体相对稳定。结合斜拉桥施工作用原理, 将巷道比做成斜拉桥的桥洞, 两侧稳定煤帮假设成斜拉桥塔柱, 据此进行分析并进行支护设计。3.2 新支护方式巷道顶板采用锚、网、索、钢筋圈梁、W 钢带和锚索支护专用构件联合支护。顶锚杆采用 202400mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆
9、, 矩形布置, 钢筋圈梁加压W 钢带压菱形网支护。帮锚杆采用 161800mm 的圆钢树脂锚杆, 矩形布置, 钢筋圈梁压菱形网支护。借鉴斜拉桥斜拉索原理, 顶板锚索垂直巷道掘进方向、较水平面上仰一个角度, 锚固在两侧稳定煤帮内。锚索采用 21.67300mm 的低松弛钢绞线, 锚索间距500mm, 排距 1800mm, 每排 4 根, 锚索下压长锚索专用构件支护, 构件垂直巷道掘进方向布置。锚杆支护可以保证所支护顶板为整体组合梁, 锚索能对组合梁进行整体性的悬吊支护。保证顶板的整体性能。如图 1 所示。图 1 新支护方式 下载原图3.3 锚索支护强度计算校验3.3.1 锚索基本参数锚索设计承载
10、力 454k N, 锚索设计破断力 504k N。锚索承载抗拉强度 1239MPa, 破断抗拉强度 1375MPa。3.3.2 加强锚索长度校核锚索长度应满足式中:L-锚索总长度, m;La-锚索深入到较稳定岩层的锚固长度, m;K-安全系数, 2;d1-锚索直径, 21.6mm;a-锚索抗拉强度, 1239N/mm;c-锚索与锚固剂的粘合强度, 10N/mm;Lb-需要悬吊的不稳定岩层厚度, 2.5m;Lc-托板及锚具的厚度, 0.05m;Ld-外露张拉长度, 0.25m;-锚索与巷道顶板的夹角, 40。则 L=7.5m3.3.3 悬吊理论校核锚索承载力式中:L-锚索排距, 1.8m;B-巷
11、道最大冒落宽度, 4.5m;H-巷道最大冒落高度, 4.8m (最大取自然平衡拱高度) ;-岩体容重, 25k N/m (包括顶煤+直接顶) ;F1-锚索设计承载, 454k N;F2-锚索承载力, k N;-锚索与巷道顶板的夹角, 40;n-锚索根数, 取偶数 4。F2=378.1k NF1=454k N, 符合锚索悬吊支护要求。根据计算校核, 采用锚索斜拉悬吊原理能实现对近距离煤层巷道顶板的支护。该种设计以锚杆组合梁加强顶板的整体稳定性做桥体横梁, 巷道两侧煤体及上覆稳定岩层为斜拉桥塔柱, 以锚索为斜拉索实现对巷道顶板斜拉悬吊支护。4 经济效益斜拉悬吊支护, 可以极大地降低职工的劳动强度, 按照正常的掘进支护工艺施工, 不需要对巷道进行二次支护, 同时减少运输量, 提高巷道施工速度, 节省大量人工费用。但在层间距过薄、岩性整体性差的区域, 会降低支护效果, 需持续进行研究斜拉悬吊支护适应性。参考文献1郑海青, 陈理强, 李权.旧街矿近距离煤层采空区下工作面掘进巷道支护研究J.科技资讯, 2014 (34) :29. 2张标.近距离煤层采空区下掘进巷道支护技术研究J.内蒙古煤炭经济, 2015 (1) :102-103. 3周彬.四老沟矿极近距离煤层掘进巷道支护技术研究J.山东煤炭科技, 2014 (1) :38-39.
