平舒煤業(yè)回采巷道支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)

郭 立

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平舒煤業(yè)回采巷道支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)

郭 立

(山西平舒煤業(yè)有限公司，山西 壽陽(yáng)縣 045400)

針對(duì)平舒煤業(yè)回采巷道支護(hù)問(wèn)題，按照懸吊梁理論、組合梁理論以及平衡拱理論3種理論方法對(duì)回采巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)所得支護(hù)參數(shù)結(jié)果相差比較大，故同時(shí)進(jìn)行了工程類比設(shè)計(jì)，該方法所得的計(jì)算結(jié)果處于以上3個(gè)理論值之間，通過(guò)綜合分析研究，最終決定采用工程類比法所得的支護(hù)參數(shù)，并在實(shí)際支護(hù)當(dāng)中起到了良好的支護(hù)效果。

回采巷道；理論計(jì)算；巷道支護(hù)

在我國(guó)煤礦開(kāi)采當(dāng)中，巷道支護(hù)的形式雖然多種多樣，但是錨桿支護(hù)是最主要的支護(hù)方式，其支護(hù)的效果對(duì)于礦井的生產(chǎn)和安全有著重要的影響。一般情況錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)方式主要有理論計(jì)算、工程類比以及數(shù)值模擬3種方式[1?5]。由于理論計(jì)算當(dāng)中依據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況所采用的理論不同，計(jì)算的結(jié)果也將有所差異；工程類比的方法則是依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并沒(méi)有相關(guān)理論作為依靠；數(shù)值模擬則是一種輔助驗(yàn)證的手段，在沒(méi)有以上2種方式的支撐下，一般不會(huì)采 用[6?9]。本文依據(jù)28807工作面的實(shí)際地質(zhì)條件，通過(guò)懸吊梁理論、自然平衡拱理論以及組合梁理論3種理論并結(jié)合工程類比的方式，最終確定了回采巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

平舒煤業(yè)處于山西壽陽(yáng)的東部，主要開(kāi)采煤層為8#煤層，其中28807工作面處于八采區(qū)，煤層厚度為3.8~5.82 m，屬于中厚煤層，煤層的傾角大致為3°。煤層結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，夾矸層數(shù)較少；綜采工作面的走向長(zhǎng)度為1200 m，傾向長(zhǎng)度為230 m；直接頂為3 m灰?guī)r，直接底為5 m厚的泥巖，回采巷道斷面為矩形，寬為5.4 m，高為4.2 m，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，針對(duì)錨桿支護(hù)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算。

1.1 懸吊理論

懸吊理論提出，錨桿的支護(hù)作用為將不穩(wěn)定巖層懸吊于上部穩(wěn)定巖層當(dāng)中[9?12]。

1.1.1 錨桿長(zhǎng)度

錨桿長(zhǎng)度依據(jù)懸吊理論可用下式表示：

=1+2+3

式中，為錨桿的全長(zhǎng)，m；1為錨桿的外露長(zhǎng)度，取0.2 m；2錨桿的錨固長(zhǎng)度，取0.5 m；3錨桿的有效長(zhǎng)度，依據(jù)圍巖的松動(dòng)圈范圍進(jìn)行取值，表達(dá)式為：

通過(guò)以上計(jì)算可知錨桿的全長(zhǎng)=0.2+0.288+0.5= 0.988 m。

1.1.2 錨桿的直徑

錨桿直徑：

1.1.3 錨桿的排距

錨桿的排距可用下式表示：

式中，12為支護(hù)錨桿的排距；為安全系數(shù)，取值為2；代入上式可得排距為1.3 m。

1.2 平衡拱理論

錨桿長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：

l=+

式中，為巷道直接頂?shù)暮穸龋≈? m；為錨桿的錨固和外露長(zhǎng)度，取值為0.6 m。代入公式可得l為3.6 m。但是圍巖的松動(dòng)深度較小，固不需要進(jìn)行長(zhǎng)錨桿支護(hù)。

1.3 組合梁理論

1.3.1 錨桿的長(zhǎng)度

依據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果可知，巷道頂板厚度為3 m；組合梁受到上部載荷可用下式表示：

從而得出巷道受到的水平方向應(yīng)力為：

錨桿的長(zhǎng)度：

1.3.2 錨桿間排距計(jì)算

若錨桿直徑采用22 mm，則間排距為：

1.4 工程類比法

平舒煤業(yè)的相鄰礦西曲礦，8#煤層的工作面28403煤層厚度為4.3 m，地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件和本工作面基本 一致。

其回采巷道的支護(hù)情況為：巷道頂錨桿采用長(zhǎng)度為1.8 m，直徑為22 mm的螺紋錨桿，通過(guò)矩形布置5根頂板錨桿，間排距為1 m×1 m。巷道兩幫錨桿長(zhǎng)度為1.6 m，直徑選取為20 mm，上部錨桿至頂板距離為0.5 m，間排距和頂錨桿一致。

2 支護(hù)方案的對(duì)比選擇

通過(guò)以上計(jì)算，回采巷道的錨桿參數(shù)如表1所示。

表1 錨桿支護(hù)參數(shù)對(duì)比

從表1可以得出，由支護(hù)錨桿的理論計(jì)算得出的相關(guān)錨桿參數(shù)長(zhǎng)度有著明顯的差異性，工程類比法所得到的支護(hù)參數(shù)相對(duì)處于適中的水平；錨桿的直徑基本保持一致，考慮到安全，錨桿直徑取值為22 mm；錨桿的間排距計(jì)算結(jié)果可知組合梁理論的錨桿間排距最小，綜合考慮理論方法并結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件，選擇工程類比法的支護(hù)方案。

3 結(jié) 論

通過(guò)平舒煤業(yè)的煤層構(gòu)造情況，依據(jù)3種理論計(jì)算和工程類比的方式分別對(duì)回采巷道的支護(hù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終得出如下結(jié)論：

(1)3種理論計(jì)算得出的相關(guān)錨桿參數(shù)相差較大，工程類比法的支護(hù)參數(shù)較為適中；

(2) 將4種支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和礦山實(shí)際條件結(jié)合分析，確定采用工程類比所得支護(hù)參數(shù)；

(3) 由于巷道圍巖松動(dòng)圈的范圍較小，不超過(guò)0.3 m，理論計(jì)算不需要支護(hù)，但是煤層采高較大，為了防止片幫和保證安全，工程類比法所得支護(hù)方案在實(shí)際巷道支護(hù)當(dāng)中，支護(hù)效果明顯。

[1] 康紅普,王金華,林 健.煤礦巷道錨桿支護(hù)應(yīng)用實(shí)例分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,29(4):649?664.

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(2018?08?15)

郭 立(1988—)，男，遼寧蓋州人，助理工程師，主要從事井下煤礦開(kāi)采工作。