專業(yè)類別

采掘開

編   號

02

項目名稱

掘進(jìn)工作面錨網(wǎng)索加套礦工鋼支護(hù)項目

項目起止時間

2021.03-07

項目完成單位

山西古交西山義城煤業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)科

主要協(xié)作單位

古交煤焦公司生產(chǎn)部

主要完成人

孟憲帥      武秀奎

技術(shù)水平

知識產(chǎn)權(quán)

獲獎情況

申報獎勵等級

批準(zhǔn)獎勵等級

申報單位意見

                   （蓋章）

申報單位

聯(lián)系人

姓   名

孟憲帥

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一、成果推廣背景

山西古交西山義城煤業(yè)有限公司屬整合礦井，地處西山煤田西北邊緣地帶，礦井地質(zhì)條件中等，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，斷層多，地表煤層出露，歷史上多被小窯開采，破壞嚴(yán)重，采空區(qū)老空巷多，積水積氣情況復(fù)雜。造成井巷工程施工難度大，巷道斷面、支護(hù)形式、長度變化較大，變更較多，采掘銜接一直緊張。如何能根據(jù)頂板變化情況，更好地保證頂板安全，并且盡量加快掘進(jìn)速度，一直是困擾該煤礦安全生產(chǎn)工作的重要問題。

我礦19203皮帶順槽掘進(jìn)工作面，頂板較軟易風(fēng)化離層，原來針對此頂?shù)装迩闆r，采用錨網(wǎng)索加套U型鋼拱架的聯(lián)合支護(hù)形式，每架拱架成本4200元，而且加套拱架工序復(fù)雜，一個工作日施工1-2排，掘進(jìn)進(jìn)度慢。為了在保證頂板安全情況下，能縮減支護(hù)材料成本及提高掘進(jìn)進(jìn)度，生產(chǎn)技術(shù)科孟憲帥同志在煤焦公司生產(chǎn)部的協(xié)助下，經(jīng)過理論驗證和工作面實際應(yīng)用相結(jié)合的方法，研究出錨網(wǎng)索加套11#礦工鋼的科研成果。

二、詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容    

1、19203皮帶順槽掘進(jìn)工作面概況及頂?shù)装迩闆r

（1）、19203工作面整體呈單斜構(gòu)造，局部有次一級小的褶曲構(gòu)造。煤層總體走向為北東，傾向東南、傾角平均14°左右。掘進(jìn)為上山作業(yè)，據(jù)掘進(jìn)中揭露本面頂板與煤層節(jié)理較發(fā)育，對掘進(jìn)影響程度較大。

（2）、區(qū)域內(nèi)奧灰水位約為906m，而據(jù)煤層底板等高線圖，工作面內(nèi)8號煤層最低底板標(biāo)高為1060m，井田內(nèi)煤層底板高于奧灰水位，不存在帶壓開采問題。

太原組灰?guī)r、砂巖裂隙含水層對礦坑充水影響較小，局部含水。位于8號煤頂板之上11米的K2灰?guī)r標(biāo)志層在本區(qū)厚度為1.32-3.40米，在北部較發(fā)育，厚度與裂隙度明顯，富水性中等。

（3）、據(jù)地面電法勘探成果，軌道順槽200-240米段會穿越一低阻區(qū)，該低阻區(qū)為地面綜合電法物探低阻區(qū)，掘進(jìn)時嚴(yán)格按“三線”規(guī)定進(jìn)行探水施工。老（采）空積水是本工作面最主要的水害威脅， 2+3、4號煤層為采空破壞區(qū)，與8號煤層間距80米；對本工作面掘進(jìn)無影響?；夭汕皣?yán)格執(zhí)行物探先行、鉆探驗證規(guī)定，進(jìn)行探放水作業(yè)。工作面內(nèi)8號煤層局部采空，對掘進(jìn)影響較大。巷道掘進(jìn)施工中應(yīng)充分考慮8號煤采空區(qū)的積水。軌道順槽開口施工88米、皮帶順槽開口施工100米后將分別進(jìn)入探水線，施工中嚴(yán)格執(zhí)行《山西省煤礦老空水害防治工作規(guī)定》。

2、解決管理頂板較軟易風(fēng)化離層問題的加強(qiáng)支護(hù)對策

（1）采用加強(qiáng)支護(hù)的方法

探索性提出采用錨網(wǎng)索加11#礦工鋼聯(lián)合支護(hù)的方法，頂板采用四根錨索加11#礦工鋼掛網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，兩幫仍采用錨桿掛網(wǎng)支護(hù)。錨索間排距為1000*1000mm，錨桿間排距為1000*1000mm。

（2）支護(hù)參數(shù)驗算

a、  錨桿支護(hù)參數(shù)計算

錨桿長度計算：L=KH+L₁+L₂

    式中：L-錨桿長度；

          K-安全系數(shù)，取2；

          H-冒落拱高度，m；

          L₁-錨桿錨入穩(wěn)定巖層的厚度，取0.5m；

          L₂-錨桿外露長度,取0.1m。

    其中：H=B/2f=4/（2×4）=0.5m

          B-巷道掘進(jìn)跨度，取4.0m；

          f-普氏巖石堅固性系數(shù)，取4。

    則：L=2×0.5+0.5+0.1=1.6m，

    計算得數(shù)為1.6m，所以錨桿的長度取2.2m可滿足要求。

    錨桿直徑的確定：（巷道斷面按4.0m計算）

    根據(jù)材料力學(xué)計算錨桿直徑為：

    式中：D-錨桿直徑，mm；

          P-錨桿截面載荷，取70KN；

          J_b-螺紋鋼錨桿屈服點，取380MPa。

    通過計算得數(shù)為15.319mm，所以錨桿的直徑取20mm可滿足要求。

   錨桿間、排距計算：

 式中：a-錨桿間、排距，m;

          取k=6；

          Q-錨桿設(shè)計錨固力，Q=85KN；

         γ-被懸吊砂質(zhì)泥巖的重力密度，取24KN/m³。

    通過計算得數(shù)為1.08m，所以錨桿間距取1.0m錨桿排距取1m，可滿足支護(hù)要求。

b、 錨索支護(hù)參數(shù)計算

    錨索長度計算：(錨索直徑按17.8的計算）

    L=L_a+L_b+L_c+L_d=1.575+2+0.1+0.3=3.975m

    式中：L-錨索長度，m；

          L_a-錨索錨入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，1.575m；

          L_b-需要懸掛的不穩(wěn)定巖層厚度，取2m；

          L_c-上托盤及錨具的厚度，取0.1m；

          L_d-錨索外露長度，取0.3m。

    按GBJ213-90要求，錨索錨固長度L_a按下式確定：

    L_a≥K（d₁f_a/4f_c)≥2×(17.8×1770÷4÷10)=1.575m

    式中：K-安全系數(shù)，取2；

          d₁-錨索鋼絞線直徑，17.8mm；

          f_a-鋼絞線抗拉強(qiáng)度，取1770 n/mm²；

          f_c-錨索與錨固劑的粘合強(qiáng)度，取10 n/mm²。

    通過計算得數(shù)為3.975m，所以施工時取6.3m錨索完全可以達(dá)到要求。

（3）應(yīng)用此方法后頂板監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

      19203皮帶巷在開口處及巷道內(nèi)每50米設(shè)置一組頂板離層儀和錨索壓力表，通過從安裝到現(xiàn)在超過5個月的連續(xù)觀測，頂板離層量各點均低于1mm，錨索壓力表讀數(shù)均達(dá)標(biāo)，符合頂板管理的要求。

三、主要創(chuàng)新點

以往針對破碎易風(fēng)化頂板我礦采用錨網(wǎng)索加套U型鋼拱架的聯(lián)合支護(hù)形式，每架拱架成本3250元，而且加套拱架工序復(fù)雜，一個工作日施工1-2排，掘進(jìn)進(jìn)度慢。為了在保證頂板安全情況下，能縮減支護(hù)材料成本及提高掘進(jìn)進(jìn)度，研究出錨網(wǎng)索加套11#礦工鋼的科研成果，并通過理論驗證。在19203皮帶順槽工作面應(yīng)用后取得良好效果。

四、社會、經(jīng)濟(jì)效益

山西古交西山義城煤業(yè)有限公司屬整合礦井，地處西山煤田西北邊緣地帶，礦井地質(zhì)條件中等，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，斷層多，地表煤層出露，歷史上多被小窯開采，破壞嚴(yán)重，采空區(qū)老空巷多，積水積氣情況復(fù)雜。造成我礦井巷工程施工難度大，巷道斷面、支護(hù)形式、長度變化較大，變更較多，采掘銜接一直緊張。面對易風(fēng)化破碎頂板在保障頂板安全的前提下，如何更好地加快掘進(jìn)速度，形成綜采工作面，一直是困擾我礦安全生產(chǎn)工作的重要問題。

采用本科研成果后，按照每米減少使用一架U型鋼拱架計算，19203皮帶順槽共需使用220米，可節(jié)省資金66萬元。不僅在19203皮帶順槽應(yīng)用效果良好，頂板管理達(dá)到了安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化要求，而且計劃推廣應(yīng)用到19203軌道順槽。

五、推廣應(yīng)用情況及前景

此項成果除了在19203皮帶順槽工作面成功應(yīng)用外，下一步計劃推廣應(yīng)用到隨后的19203軌道工作面施工中。使19203工作面及時形成，大大縮短工期，為19203工作面順利回采打下良好的基礎(chǔ)。

此項成果將錨網(wǎng)索加套U型鋼拱架的聯(lián)合支護(hù)形式，改進(jìn)為錨網(wǎng)索加11#礦工鋼的聯(lián)合支護(hù)方式，能保證支護(hù)達(dá)標(biāo)，節(jié)省了資金也加快了掘進(jìn)速度,創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。