大断面综采切眼支护技术DOC.docx

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大断面综采切眼支护技术

随着我公司回采机械化水平的提高，掘进机械化也有了一定程度的发展，锚杆支护技术虽作为一项先进技术被推广应用，但在生产实践中，由于各种原因，应用范围比较小，尤其是在煤巷支护及顶板为煤顶方面。

我矿煤巷全锚支护在顺槽巷道和开拓准备巷道支护上都有不同程度的推广应用，但在综采面大切眼应用全锚支护技术尚属首例。

以往的综采大切眼均采用棚式支护或先按一较小断面掘进,待整个工作面形成系统后边刷大到设计断面边安装支架方式，针对综采22103工作面生产接续较为紧张,为保证工作面尽早投入回采,我公司在切眼施工期间提出了大断面切眼全断面一次掘进的施工技术方案.实施后取得了成功。

综采切眼全断面一次掘进锚杆支护设计方法，以22103综采工作面切眼锚杆支护为例，该切眼设计掘进宽度7.4米，掘进高度3.4米，矩形断面，倾斜长度170米，平均坡度16度，最大坡度19.5度，根据切眼实际情况，采用综掘机一次成巷，通过锚杆锚索钢带加单体液压支护增强支护对顶板组合支护方式，从安全、技术和经济三个方面分析综采切眼锚杆支护的优越性。

1、工作面顺槽地质情况：

22103工作面回采2#煤层，2#煤层位于太原组上部，山西组底部K2砂岩之下，距K2平均约8.12m，赋煤区内总体南部厚北部薄，为可采煤层，煤层厚度3～5.4m，平均4.3m，含0-3层夹矸，局部有二合顶0.3米。

22103工作面煤层赋存较稳定，直接顶为砂质泥岩，厚度在1~5.4米，平均厚度3.2m老顶为K2砂岩，局部地段，直接顶以上3.5米有一层1米左右泥岩，直接顶板抗压强度16.0～18.8MPa，平均17.2MPa，属于不稳定顶板；老顶抗压强度33.0～36.8MPa，平均34.0MPa，属于中等稳定顶板底板为砂质泥岩,地层岩石多为泥岩、泥质页岩、砂岩、层理、节理较发育，小型断层为主要构造形式。

属典型的软岩矿区。

经过不断探索，公司在软岩矿区由煤巷小断面锚杆支护技术发展到综采切眼大断面锚杆支护技术。

2008年以上巷道锚杆支护巷道占总进尺的10%，到2014年巷道锚杆支护占总进尺的90%以上，综采切眼锚杆锚索支护率达到100%。

2、传统的综采切眼掘进支护方法

（1）传统的综采切眼采用梯形断面，支护方式为木棚支护，上净宽5米，下净宽5.8米，净高3.2米，棚梁中部加打两根金属支柱加强支护，棚距一般为0.6～0.8m，该支护方式掘进速度慢，材料消耗大，配置人员多，劳动强度大，人工费用高。

架设大抬棚的笨重作业，具有一定的危险性。

且传统的切眼支护方式制约安装工作，作业人员有效利用空间小，作业安全性不高，在切眼内进行“替柱、回柱”和回“大梁、柱腿”等支架设备安装时，存在较大的安全隐患。

这种支护方式不能对顶板及周围的煤体进行早期管理，不能有效抑制顶板离层和冒顶现象的发生。

（2）采用小断面掘进，进行锚杆锚索支护，锚杆支护采用间排

距0.8*0.7m,安装时，顶锚杆长3米，锚索长9米，边扩帮边安装，净宽5.0米，净高3.3米净断面：

17m2；毛宽5.2米，毛高3.4米，掘进断面18.7m2。

改扩后断面为净宽7.2米净高3.4米，净断面24.48，掘进断面25.9㎡，支架设备安装时扩帮，安全可靠，但安装进度慢，运输支架空间小，施工进展不高。

3、综采切眼锚杆支护设计方案

针对围岩具有复杂、多样的特点，采用了现场调查、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法.现场调查内容包括围岩强度、围岩结构及锚固性能测试等。

根据以前三岔口局部大断面锚杆锚索维护经验值，为初始设计提供可靠的参数。

初始设计采用数值计算和经验相结合的方法进行，根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的初始设计。

将初始设计实施于井下，并进行详细的围岩位移和锚杆受力监测，根据监测结果验证或修正初始设计。

正常施工后还要进行日常监测，以保证巷道安全。

4、巷道支护

（1）锚杆锚索组合支护方式。

巷道采用左旋等强螺纹钢端头锚固锚杆组合支护系统，并进行锚索补强和单体单排液压支柱加强支护。

（1）顶板支护。

永久支护形式及主要参数：

锚杆采用中强等强左旋螺纹钢锚杆，端头锚固，顶锚杆规格为18mm×3000mm，间排距800mm*700mm，矩形布置；帮锚杆为18mm×2250mm，间排距1000mm*1000mm，锚索规格15.24mm×9000mm,配套使用3.6米长钢带结合成一个支护整体。

冷拔钢丝经纬网钢丝直径4㎜、金属网规格为1.8*0.9米、网孔80*80㎜，顶部每根锚杆均用一块MSK23/60树脂锚固剂固定，帮部一块MSK23/35树脂药卷。

锚索为φ15.24×9000mm左旋钢绞线，每根锚索均用1块CK23/35，2块MSK23/60树脂锚固剂固定，锚索托盘规格：

200×200×12mm，钢带规格0.3*3.6*0.25米，顶锚杆锚固力不小于70KN，拧紧力矩100～130N.m，锚索预应力不小于100KN，锚索锚固力不小于200KN，锚杆锚索孔径28mm,钢带垂直切眼布置，在巷道中心线两侧左右对称支护，间距为0.7m，锚索间距为2.1m。

顶锚杆为每排10根。

锚索滞后工作面距离不大于2.1m。

（2）加强支护。

采用采用DZ-45型单体液压支柱，柱距距1.4m，在中心线靠软帮偏1.4米

（3）巷帮支护。

两帮采用锚杆加一木托板进行支护，帮锚杆规格为18mm×1800mm，间距1000mm，排距1000mm，矩形布置。

5、理论依据：

按悬吊理论计算锚杆参数：

1）锚杆长度计算：

L=KH+L1+L2

式中：

L—锚杆长度，m；

H—冒落高度，m；

K—安全系数，一般取K=2；

L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.5m；

L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.1m；

其中：

H=B/2f=7.8/（2*3.5）=1.11（m）

f—普氏硬度系数，取3.5；

则L=2×1.11+0.5+0.1=2.82.m

顶锚杆选用3米锚杆符合安全要求

2）锚杆株距、排距计算，通常株排距相等，取a：

ab=Q/KRLcosα

式中：

ab—锚杆间排距，m；

Q—锚杆设计锚固力，70KN/根；

L—锚杆有效长度，取2.9m；

R—被悬吊砂岩的重力密度，取25.48KN/m3；

K—安全系数，一般取K=1.5；

α—岩层倾角,取20度

a=70/（1.5×2.72×25.48×cosα）=0.7（m）

锚杆间距D≤1/2L=1.5m

锚杆间排距取0.8*0.7符合要求,

3）锚索补强加固参数

应用锚索加固属新技术，根据锚索支护机理，其参数设计可参照锚杆悬吊理论进行计算，锚索补强支护是把这个范围的煤岩层锚固到其上的稳定岩层中即可。

（1）锚索长度计算：

L=La+Lb+Lc+Ld

L——锚索总长度，m

La——锚索深入稳定层锚固长度，1.5m

Lb——需要悬吊不稳定岩体（煤体）厚度，取5.4m

Lc——上托盘及锚具厚度，取0.25m

Ld——需要外露的张拉长度，取0.35m

则L2=1.5+5.4+0.5=7.4（m）

锚索选用9米符合要求

4、锚索间距、排距计算

a2=√Q/KH2γ

式中：

a2—锚索间排距，m；

Q—锚索设计锚固力，200KN/根；

H2—冒落拱高度，取1.11m；

γ—被悬吊泥、砂岩的重力密度，取25.48KN/m3；

K—安全系数，一般取K=1.5；

a=√200/（1.5×1.11×25.48）=2.17（m）

锚索排距D应小于锚索长度的一半即:

D

由于巷道宽度B=7.4m,故取锚索排距为2.1m，间距2米，每组锚索布置3条,能满足要求。

通过以上计算，选用顶锚杆用直径18mm、长度3.0m的锚杆，为确保安全取排距为800mm株距为700mm。

锚索选用长9米φ15.24×9000mm的左旋预应力钢绞线制作；排距为2100mm，间距2米。

6、支护效果

采用锚杆支护后再进行加强支护，切眼内矿山压力无明显显现，围岩变形量不大，顶板变形量最大不超过3mm。

在顶板支护后基本处于稳定状态，两帮由于有锚网支护，且配有支柱及构木盘帮，也不存在片帮现象，支护很成功，较传统支护在顶板控制方面具有很大的优越性。

6、施工方法

采用EBZ-150型掘进机短掘短进配合刮板输送机截割、出煤连续作业，切眼全断面一次成巷。

切眼开口处先掘出6m长大断面，断面为矩形，宽8.2m，高3.4m，切眼开口处为便于掘进机拐弯，掘进机割不到的地方采用炮掘作业。

切眼开口6m后，先以4.4m宽断面掘进4m，后退掘进机掘进3m宽小断面。

相互交替截割成巷。

锚杆锚索跟巷道迎头，单体滞后综掘机后维护。

工艺流程为：

交接班→质量验收→割煤、出煤备料→联网→超前支护→打顶锚杆→打帮锚→进行下一循环。

作业形式：

工作面割煤、出煤、铺网、联网、超前临时支护（铺钢带）、打锚杆，支单体流水作业。

切眼小断面掘进和扩帮最大控顶距1.2m，最小控顶距0.4m。

7、综采切眼锚杆支护的优越性

7.1　安全方面

（1）综采切眼的有效空间增大，减少了棚式支护对安装作业的制约，安装作业空间增大，作业的安全性大为提高。

（2）切眼内支架设备安装过程没有了“替柱、回柱”及回“大梁、柱腿”等环节。

不安全隐患减少，安装速度加快。

（3）锚杆支护下的整个空间比被动支护下的空间安全，采用锚杆支护，能及时对围岩进行控制，并充分利用顶板的自承能力，抑制顶板离层，防止冒顶事故的发生。

（4）锚杆安装工艺与架设木棚相比，具有小巧灵的特点，避免了架设笨重大抬棚及其作业的危险性。

7.2　技术方面

（1）综采切眼内采用锚杆支护，简化了设备安装工艺和准备工作，缩短了工作面的安装时间，为高产高效奠定了基础。

（2）在相同的条件下，锚杆支护断面比木棚支护需用断面小，对综采切眼的通风、运输和安装、掘进设计相应缩小参数，使设计本身更趋合理。

切眼跨度、高度的缩小，减小了工作量和资金的投入，且安全系数增加。

7.3　经济方面：

用工投入，锚杆支护比木棚支护和二次成巷投工少；掘进速度快，减少工艺。

安装速度快，综采工作面大断面切眼采用钢带、锚杆、锚索、网单体支柱联合支护，掘进一次成巷支护工艺改革取得成功，取消了二次掘进成巷，使施工工期提前，170米二次成巷大约需要60天，一次成巷，只需要40天，减少工期20天；并减少二次成巷设备的安装、拆除和部分工序，大大减少了二次帮支护材料消耗及火工品的消耗，有效的降低工人的劳动强度；对顶板破坏程度小，巷道的维修费用小，施工安全，有利于提高巷道的支护质量、加快成巷速度和减少材料消耗和降低成本，同时杜绝了对顶板的二次破坏而发生漏、冒顶的可能，使安装期间的通风、运输环境得到根本改善，具有很好的推广价值。

综上所述，大断面综采切眼一次成巷锚杆支护替代木抬棚支护或二次成巷优越性明显。

技术上先进，经济上合理，施工速度加快，采面的准备时间缩短，便于设备安装，工人的劳动强度大大减轻。

巷道施工安全可靠，成本降低，具有较高的经济效益。