新杨煤矿薄煤层锚网支护开采实践

饶家运

(淮南东辰集团恒力伟业实业公司, 安徽淮南 232072)

新杨煤矿薄煤层锚网支护开采实践

饶家运

(淮南东辰集团恒力伟业实业公司, 安徽淮南 232072)

薄煤层锚网支护开采是煤矿开采支护的一种方式,其关键是巷道布置的优化设计和支护方式的合理选用;薄煤层采用锚网支护工艺,提高了掘进效率,增强了支护强度,加强了顶板管理,降低了成本。

薄煤层锚网支护; 掘进效率; 顶板管理

一 薄煤层开采的意义

煤炭资源是不可再生资源,它的储藏量是有限的。我国薄煤层的储量约占总储量的20%。随着煤炭资源的枯竭,为了提高煤炭资源回收率,薄煤层资源非常重要。

随着老区逐步延深,瓦斯涌出量大,薄煤层当做解放层开采。一是为了解决煤层突出瓦斯问题;二是提高薄煤层资源回收率。

薄煤层锚网支护开采工艺替代了工字钢棚支护后,提高了掘进效率,增强了支护强度,加强了顶板支护管理。煤巷锚网回收方便,降低了成本。如新杨煤矿薄煤层锚网支护开采工艺有效的控制顶板,扩大了支护断面,对推广应用该工艺有十分重要意义。

二 薄煤层锚网支护

煤炭开采中,巷道支护很重要,它直接关系到煤矿安全生产中顶板管理工作。一般情况下开采薄煤使用的支后护方法为工字钢棚或∪型棚,此种支护方法影响掘进速度,且支护材料消耗大、巷道维护工作量大。特别是采准巷道量大,且受采动影响,巷道容易变形,对采煤影响较大。薄煤层锚网支护开采工艺替代了工字钢棚支护后,提高了掘进效率。

薄煤层锚网支护增强了支护强度,加强了顶板支护管理。操作方便,施工简单。有效的增加了通风断面,安全、可靠,煤巷锚网回收方便。扩大了支护断面,降低了成本。

三 应用实例

(一) 地质概况

新杨煤矿井田位于淮南复向斜南翼,八公山单斜构造中段,地层属二叠系石盒子组。D20煤层走向330°～360°,倾向NE,倾角12°～19°,煤层厚度0.1～2.0 m。井田南起F10-5断层,北至F10-4断层,平均走向1 600 m,深部走向变长,几何形状为正梯形。-194 m以上井田被F10-5(5)断层切割成南、北两块;-194 m以下南部又被F10-5(8)断层切割成南、中、北三块,这些断层的断距均在40 m以上。靠近这些断层,次生羽状小断裂较发育,并伴生小褶曲。

本井田南部煤层厚度0.7～2.0 m,全部可采,平均厚度1.4 m;北部煤层厚度0.1～2.0 m,开采厚度0.7～1.6 m,变薄带不采,平均厚度1.1 m。该煤层胶结好、硬度大,经观察,巷道煤壁历经数年均未出现风化散落。

D20煤层顶部有一层0.05～0.2 m厚的黄褐色泥岩层,可随开采冒落,其上为一层9～10 m的细砂岩直接顶板;直接底为一层2～3 m的中粒砂岩。

(二) 薄煤层锚网支护方法

1 巷道布置的生产技术条件

该巷道为矿井南翼主要运输巷道,采用1 t矿车运输。根据煤层倾角和运输需要,采用跟顶倒梯形断面,净宽2.4 m,下帮1.6 m,上帮2.4 m,净断面4.8 m,能够满足运输和通风的需要。

根据锚杆支护原理,计算锚杆支护参数如下:

岩石载荷高度H的确定。

其中:MBR为地质力学分级指标,D20取30;

B为巷道跨度 B=2.4;

确定理论锚杆长度Lb。Lb=0.35,B=0.84 m;

考虑煤层厚度变化等因素,实际取1.6 m;

锚杆排距Sb1的确定。Sb1=0.7 m;

锚杆间距Sb2的确定。根据锚杆悬吊理论:

其中:Sb2锚杆间距,设计取0.7 m;Cb锚杆承受能力,取50 kN;X围岩容重取23.62 kN/m3;F安全系数2～3,取2;

锚杆直径的确定。根据材料力学得出锚杆直径:

其中p取0.1 MPh;

Jb为圆钢锚杆屈服点,取410 MPa;设计中选用Φ16 mm圆钢锚杆;

锚杆布置考虑顶板上、下肩窝排排有锚杆,锚杆采用正方形布置。锚杆孔径为28 mm,每排使用10根树脂锚杆,锚条1 600 mm×100 mm,采用Φ12 mm圆钢焊接,锚网1 600 mm×900 mm,Φ6 mm钢筋焊接,网眼100 mm×100 mm,网间压茬100 mm。

2 巷道支护施工工艺

临时支护→标定锚杆眼眼位→打锚杆眼→清孔→装树脂药卷→插入锚杆→搅拌树脂→铺设钢筋网→安设锚条→安装托板及螺母→紧螺母。锚梁网支护巷道的变形规律与其它形式支护的巷道的变形规律基本相似,因D20槽煤顶底板岩性较好,巷道开挖后,围岩的位移量很小,表面观察,整个掘进期间,无明显变化。只是在回采时受动压影响,巷道局部上帮有点变化,但整体看,巷道的收缩率很小,巷道周边的围岩保持的也很完好,这充分说明锚梁网支护对抑制围岩的变形和破坏有明显的效果。

(三) 效益分析

1 支护技术效果

锚梁网支护是一种新的支护形式,它可以主动加固围岩,并能利用围岩自承能力支护巷道,围岩经组合锚杆锚固后,即形成组合岩梁,该岩梁改善了围岩的应力分布状态,呈让压式承受上覆岩层的载荷,它对于保持围岩的完整性也有明显的效果。同时又减轻了工人的体力劳动,改善了生产环境,减少了巷道的维修量。

2 经济效益

一是节约了支护材料,降低了成本,锚梁网支护的巷道,每米初次投入钢材为45.3 kg(包括锚杆、锚条和锚网等),工字钢支护的巷道,每米初次投入钢材为344.5 kg,后者每米巷道使用的钢材为前者的7.3倍,工字钢支架每米初次投入的成巷费为1 730元,锚梁网支护每米初次投入的成巷费为535元,前者每米巷道初次投入的成巷费用为后者的3.2倍。

二是减少了巷道的维修量,采用工字钢棚费用高,且占用时间长,下阶段回采时才能回收复用,使用坑木支护一年必须大修一次,使用锚梁网支护,基本上不用大修,上阶段回采后,下阶段只需清理、整轨,就可为下阶段服务。

四 结论

锚梁网支护能主动、及时地加固巷道周边的围岩,并能利用围岩的自身承载能力使锚网与围岩组合岩梁,并能形成整体支护结构。这种支护结构既能承受上覆岩层的载荷,又具有一定的变形让压能力,较好地保持围岩的完整性,因此它是一种刚柔结合的新的支护形式。安全、快捷。

施工中在顶板比较完整一段顶板只打锚杆,不加网和锚条,下帮不支护,为裸面;上段工作面回采后,也无大的变化。因此,向D20槽煤层顶底板这样的岩性,在正常情况下,建议采用顶板只设计单体锚杆,不用锚条和锚网组合,上帮仍采用锚梁网,下帮不支护。这样每米又可减少锚杆3根,锚网1.4块,锚条1.4根,支护材料费用更低。在巷道交叉口或过断层带时前、后增加锚索,增加围岩的稳定性、安全性。提高了掘进效率,增强了支护强度,加强了顶板管理,降低了成本。

[1] 何满潮,袁和生.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京:科学出版社,2004.

[2] 何满潮,袁和生.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京:科学出版社,2008.

[3] 淮南矿业学院井巷设计编写组.井巷设计[M].北京:煤炭工业出版社,1983

[4] 张荣立,何国伟,李锋.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社,2008.

TD353

B

1671-4733(2010)04-0021-02

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.007

2010-11-12

饶家运(1959-),男,安徽淮南人,助理工程师,从事煤矿生产技术管理工作,电话:15855411688。