榆家梁礦煤巷錨桿支護(hù)參數(shù)研究①

張金山 叢 利

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院2007級(jí)碩士，內(nèi)蒙古包頭 014010)

榆家梁礦煤巷錨桿支護(hù)參數(shù)研究①

張金山1②叢 利2

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院2007級(jí)碩士，內(nèi)蒙古包頭 014010)

根據(jù)煤巷錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)中存在的問題，結(jié)合榆家梁礦的巷道布置具體情況，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了適合煤巷特點(diǎn)的錨桿合理支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，即“地質(zhì)力學(xué)評(píng)估—數(shù)值模擬—初始設(shè)計(jì)—現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)—修改設(shè)計(jì)”的設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得松動(dòng)圈范圍，分析了巷道圍巖情況及其松動(dòng)圈規(guī)律，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了合理的巷道錨桿支護(hù)參數(shù)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，錨桿有效的控制了巷道的變形破壞。取得了較好的應(yīng)用效果。

煤巷;錨桿;支護(hù)參數(shù);現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè);變形

目前，世界主要產(chǎn)煤國(guó)家煤巷支護(hù)以錨桿支護(hù)為主，其中美國(guó)，澳大利亞煤巷錨桿支護(hù)比例均已達(dá)到90%以上。可以說，一個(gè)煤礦是否有經(jīng)濟(jì)效益，錨桿支護(hù)及其支護(hù)參數(shù)布置是其評(píng)論的重要指標(biāo)之一［1］。

1 44208綜采工作面概況

榆家梁井田位于陜西省黃土高原北緣神木縣東北部，榆家梁4-2煤層頂板為泥巖為主，細(xì)砂巖和粉砂巖次之，大部分屬不穩(wěn)定型，局部屬較穩(wěn)定性。煤層底板多為粉砂巖及細(xì)砂巖，均勻致密、堅(jiān)硬、穩(wěn)定性好。煤層柱狀圖如圖1。

圖1 榆家梁4-2煤層柱狀圖

44208工作面位于4-2煤三條集中大巷南部，工作面沿走向布置，長(zhǎng)度為400.5 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1315m。煤厚3.59m～3.68m，傾角1°左右。

2 松動(dòng)圈測(cè)試

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

榆家梁礦4-2煤松動(dòng)圈測(cè)試在44208工作面輔運(yùn)巷進(jìn)行，共布置3個(gè)測(cè)站，分別距工作面10 m、20m、30m。每個(gè)測(cè)站測(cè)試正幫、負(fù)幫2個(gè)測(cè)孔，測(cè)量鉆孔采用煤電鉆打孔，鉆孔方位基本與巷道垂直，鉆頭直徑42mm。測(cè)站位置見圖2所示。［2-5］

圖2 榆家梁礦4-2煤松動(dòng)圈測(cè)試測(cè)孔布置

2.2 測(cè)量結(jié)果分析

圖3為距工作面10m處負(fù)幫聲波速度變化，波速在孔深為0m～1.1 m范圍內(nèi)基本穩(wěn)定，波速較小，距孔口距離大于1.1 m時(shí)波速逐漸增大。煤體最高聲速為2085 m/s，最低聲速為536 m/s。因此，確定距工作面10m處輔運(yùn)負(fù)幫的回采影響范圍內(nèi)的松動(dòng)范圍為1.1m。同時(shí)測(cè)定，確定距工作面20m處輔運(yùn)負(fù)幫的回采影響范圍內(nèi)的松動(dòng)范圍為0.9m;確定距工作面30 m處輔運(yùn)負(fù)幫的回采影響范圍內(nèi)的松動(dòng)范圍為0.8m。

圖3 距工作面10m處負(fù)幫聲波速度變化

圖4為距工作面10m處正幫聲波速度變化，波速在孔深為0m～1.2 m范圍內(nèi)基本穩(wěn)定，波速較小，距孔口距離大于1.2 m時(shí)波速逐漸增大。煤體最高聲速為2000 m/s，最低聲速為479 m/s。因此，確定距工作面10m處輔運(yùn)正幫的回采影響范圍內(nèi)的松動(dòng)范圍為1.2m。同時(shí)，確定距工作面10m處輔運(yùn)正幫的回采影響范圍內(nèi)的松動(dòng)范圍為1.1m;確定距工作面30 m處輔運(yùn)正幫的回采影響范圍內(nèi)的松動(dòng)范圍為0.9m。

圖4 距工作面10m處正幫聲波速度變化

表1為榆家梁礦4-2煤松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)。

表1 松動(dòng)圈結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3 錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 錨桿參數(shù)確定

采用錨桿懸吊理論進(jìn)行支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，頂煤厚度控制在400mm～500 mm時(shí)極限跨距遠(yuǎn)小于巷道跨度，為支護(hù)對(duì)象，取500 mm。利用懸吊理論進(jìn)行錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)，需要支護(hù)的對(duì)象為頂煤0.5m，錨桿長(zhǎng)度根據(jù)公式計(jì)算:

式中:L1-為錨固段長(zhǎng)度，取0.3m

L2―為不穩(wěn)定層厚度之和

L3-錨索外露段長(zhǎng)度，取0.1m確定端錨錨桿長(zhǎng)度為2.2 m;錨桿材質(zhì)采用A3圓鋼，額定屈服強(qiáng)度RT=5t，錨固方式為端錨;根據(jù)三徑匹配，錨桿直徑采用16 mm。錨桿間排距取1.0m，則每排錨桿數(shù)為:

式中:L-巷道設(shè)計(jì)寬度，m;

b-錨桿排距，m;

γ-不具備自穩(wěn)能力巖層的容重，kg/m3;

h-不具備自穩(wěn)能力巖層的厚度，m;RT-錨桿抗破斷力，t。

考慮1.5倍的安全系數(shù)，則每排錨桿數(shù)為n≥2.82×1.5=4.23，取 n=5，即每排5根錨桿，均勻布置。

3.2 設(shè)計(jì)方案

頂板采用錨桿、錨索、網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，共布置五根錨桿，錨固形式為端頭錨固。錨桿間排距為1000(750)×1000 mm。頂錨桿型號(hào):φ16×2200mm的A3鋼錨桿;樹脂型號(hào):CK型 φ23×500mm。如圖5～8所示［6］。

圖5 巷道斷面支護(hù)圖

圖6 巷道斷面頂板支護(hù)圖

圖7 巷道負(fù)幫支護(hù)圖

圖8 巷道正幫支護(hù)圖

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1 測(cè)站布置

現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)、試驗(yàn)的內(nèi)容包括煤幫錨桿支護(hù)的兩幫煤體表面位移、深部位移觀測(cè)。兩幫煤體表面位移觀測(cè)是評(píng)價(jià)巷道支護(hù)效果的重要指標(biāo)，表面收斂量和收斂率是檢驗(yàn)支護(hù)效果的主要參數(shù)。兩幫煤體深部位移觀測(cè)采用多基點(diǎn)位移計(jì)。

測(cè)站布置如圖9所示。其中一、二、三站(圖中右上位置)兩幫各1深基點(diǎn)，1個(gè)表面站;四、五、六站(圖中右下位置)兩幫各1深基點(diǎn)、各2表面站。

圖9 工作面測(cè)站布置圖

4.2 觀測(cè)結(jié)果分析

圖10～13為工作面部分觀測(cè)結(jié)果。

圖10 輔運(yùn)1站累計(jì)收斂量與距面距離(圖中正7m等代表正幫7m深基點(diǎn)，下同)

圖11 輔運(yùn)2站累計(jì)收斂量與距面距離

圖12 回風(fēng)1站累計(jì)收斂與距面距離

圖13 回風(fēng)2站累計(jì)收斂與距面距離

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明:在工作面超前影響范圍內(nèi)兩幫變形破壞深度約1.5m;劇烈影響范圍內(nèi)兩幫變形破壞深度約3 m，占總變形量的75% ～90%左右。表面收斂隨距工作面距離而變化，但都存在下述規(guī)律:在工作面前方收斂量緩慢增加，在劇烈影響段急劇增加，在工作面及推采過后10 m內(nèi)無變化，之后又急劇增加，至工作面后方影響范圍處逐漸減緩直之穩(wěn)定。正幫松動(dòng)變形破壞比負(fù)幫嚴(yán)重，變形量占75%左右。從觀測(cè)結(jié)果分析，錨桿有效的控制了巷道的變形破壞。

5 結(jié)論

1)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得松動(dòng)圈范圍，分析了巷道圍巖情況及其松動(dòng)圈規(guī)律，為巷幫支護(hù)取得了依據(jù)。

2)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，錨桿有效得控制了巷道的變形破壞。

3)結(jié)合榆家梁具體情況和采準(zhǔn)巷道布置特點(diǎn)，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了合理的巷道錨桿支護(hù)參數(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果，對(duì)相近的礦區(qū)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值。

［1］ 康紅普.煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)研究與實(shí)踐［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(21):2612-2618

［2］ 于忠久，趙同彬等.圍巖松動(dòng)圈理論及其在巷道支護(hù)中的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2004，23(8):26-31

［3］ 劉剛、宋宏偉.煤巷圍巖松動(dòng)圈規(guī)律研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2002，27(1):87-90

［4］ 董方庭等.巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1994(1):14-19

［5］ 王學(xué)濱，潘一山，李英杰.圍壓對(duì)巷道圍巖應(yīng)力分布及松動(dòng)圈的影響［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006(2):22-27

［6］ 馬念杰等 .錨桿三徑的合理匹配［J］.中國(guó)煤炭，1998

The study of supporting parameter design of bolt in the coal tunnels of Yujialiang coal mine

ZHANG Jinshan1，CONG Li1

(1.College of Mining Engineering of Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010;2.The master level 2007 of College of Mining Engineering of Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010)

This thesis based on the problem that existence in supporting parameter design of bolt in coal tunnel.Through theoretical analysis and field experiment associate with the condition of Yujialiang coal mine.We find out a new appropriate supporting parameter design method of bolt that appliance to the coal tunnels of Yujialiang coal mine，as the design method of“geomechanics assessment—numerical simulation—initial design—field observation—revise design”.We measured loose ring of surrounding rock of roadway.，Through theoretical analysis and test analysis the loose circle of law.We design reasonable roadway bolting support parameters，through the analysis of field test of bolt，effective control of the tunnel distortion.Good results have been achieved.

coal tunnel;bolt;support design;field observation;deformation

TD353+.6

A

1672-7169(2012)01-0040-04

2011-11-10。

張金山(1959-)，男，河南焦作人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院教授，主要從事采礦工程的教學(xué)與研究工作。