山 西 省 煤 炭
優(yōu) 秀 學 術 論 文 評 審 表
論文題目 特厚煤層超高煤幫大斷面巷道支護技術
申報學科組 學科組代碼
作者姓名 李燕飛 職稱 高級工程師 年齡 55
工作單位（詳細）大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司職務 經理
通訊地址 山西省大同市南郊區(qū)五一路泰安門旁宏泰公司 郵編 037001
聯(lián)系電話 0352-4058928
推薦單位 大同煤礦集團有限責任公司
2011年12月8日
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表一 論文摘要（由作者本人填寫）
為了解決大同塔山煤礦8105綜放工作面特大斷面順槽的支護。應用理論分析和現場試驗等手段，并結合大同礦區(qū)石炭系煤層支護經驗，研究了針對特厚煤層超高煤幫大斷面巷道支護技術，以“三高一低”原則，即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。注意錨桿與錨索的參數與力學性能應相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護的整體支護作用，保證了巷道的穩(wěn)定性。經過現場工程施工的驗證，該支護可以有效地控制巷道的變形，避免了特厚煤層超高煤幫大斷面巷道在服務期間的多次維修。
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所報學術會議 及報送年月 |
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在何種刊物 上發(fā)表過 |
《中國煤炭工業(yè)》2011第4期 |
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表二 申報單位初評意
申報單位負責人簽字 申報單位蓋章 年 月 日 |
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表三 省學會評委會專家意見
審閱人簽字 年 月 日 |
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特厚煤層超高煤幫大斷面巷道支護技術
李燕飛
（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司 山西大同 037001）
摘 要： 為了解決大同塔山煤礦8105綜放工作面特大斷面順槽的支護。應用理論分析和現場試驗等手段，并結合大同礦區(qū)石炭系煤層支護經驗，研究了針對特厚煤層超高煤幫大斷面巷道支護技術，以“三高一低”原則，即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。注意錨桿與錨索的參數與力學性能應相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護的整體支護作用，保證了巷道的穩(wěn)定性。經過現場工程施工的驗證，該支護可以有效地控制巷道的變形，避免了特厚煤層超高煤幫大斷面巷道在服務期間的多次維修。
關鍵詞：塔山煤礦 支護設計 巷道圍巖結構 位移矢量
1 前言
安全、有效、快速的巷道支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件。隨著我國煤礦開采強度與規(guī)模顯著增加，以及綜采放頂煤開采技術作為一種主要的高產高效開采方法得到大面積推廣應用，煤巷出現了以下特征：
(1) 綜采放頂煤工作面要求回采巷道沿煤層底板掘進，巷道頂板是煤層，顯著增加了巷道的支護難度。
(2) 隨著回采工作面設備的大型化，開采強度與產量的大幅度提高，為了保證正常的運輸、通風及行人，要求的巷道斷面越來越大。巷道斷面的增大顯著增加了支護難度。
目前，我國煤礦巷道的主要支護形式是錨桿支護。對于大采高綜放開采涉及的超高煤幫、特大斷面巷道，對支護技術提出更高、更苛刻的要求。錨桿支護在這類困難巷道中支護效果差，圍巖變形大，支護構件破壞嚴重，巷道安全得不到保證。主要存在以下幾方面的問題：
(1) 錨桿支護剛度低。支護剛度主要與錨桿施加的預緊力及錨固方式有關，由于錨桿加工精度低、錨桿鉆機輸出扭矩小，以及對預緊力的作用認識不足等多方面的原因，導致現用錨桿的預緊力矩一般為100N.m左右，預緊力大多為15-20kN。
(2) 錨桿、錨索強度低。錨桿屈服強度僅為335-400MPa，拉斷強度為500-600MPa，錨索直徑為15.2-17.8mm，拉斷力為260-350kN。在同樣支護強度下，由于錨桿、錨索強度低，顯然需要較大的支護密度。
(3) 錨桿螺紋加工精度低。一方面增加了螺母與螺紋的摩擦力，顯著降低了螺母預緊力矩與錨桿預緊力的轉換系數，對提高預緊力十分不利；另一方面，使錨桿尾部受力狀態(tài)惡化，容易受剪、受彎，出現斷裂現象。
其中特厚煤層超高煤幫、特大斷面巷道錨桿支護的新理論、新材料、新工藝、新機具綜合應用的研究，以驗證理論的正確性、新材料、新工藝、新機具的先進性和實用性，以及在特厚煤層超高煤幫、特大斷面煤巷中的支護效果，確保為大采高綜放工作面的快速推進創(chuàng)造良好條件。
大同煤礦集團有限責任公司大唐塔山煤礦，位于山西省大同煤田東翼中東部邊緣地帶，口泉河兩側，鵝毛口以北，七峰山西側，距大同市約30公里。井田東西走向長24.3km，南北傾斜寬11.7km，面積約170.91km2。井田上部的侏羅系已基本采完，全井田內石炭系可采儲量30.7億t，礦井設計生產能力1500萬t/a，設計服務年限132年。
塔山煤礦煤層厚度很大，巷道一般沿煤層底板掘進（除頂回風巷外），煤層巷道圍巖松軟破碎，煤層和巖層的不連續(xù)面容易發(fā)生離層，巷道圍巖破壞范圍較大。同時礦井采用綜放開采，考慮到設備運輸和通風要求，巷道掘進斷面較大，給巷道支護帶來較大困難。
2 斷面設計
考慮到掘進過程中設備尺寸，通風要求和巷道圍巖變形預留量，設計8105工作面5105巷掘進斷面尺寸如下：巷道斷面呈矩形，寬5.5m，高3.9m，掘進斷面積為21.45m2。
3 支護參數選擇原則
針對塔山煤礦具體地質生產條件，為了充分發(fā)揮錨桿支護的作用，提出以下設計原則：
3.1 一次支護原則。錨桿支護應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護。
3.2高預應力和預應力擴散原則。預應力是錨桿支護中的關鍵因素，只有高預應力的錨桿支護才是真正的主動支護，才能充分發(fā)揮錨桿支護的作用。
3.3“三高一低”原則。即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。保證支護系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護密度，減少單位面積上錨桿數量，提高掘進速度。
3.4相互匹配原則。錨桿各構件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數與力學性能應相互匹配，錨桿與錨索的參數與力學性能應相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護的整體支護作用。
5 應用
8105工作面位于一盤區(qū)的中部，東南鄰8104工作面，間隔38米，南接1070回風巷，連通1070皮帶巷、輔運巷，西北鄰8106工作面未開掘。工作面傾向長度207m，走向長度2800m，頂回風巷與回風順槽間距20m，高差20m。順槽巷道沿3～5號煤層底板掘進。煤層總厚11．93～16．13m，平均厚15.72m。
5.1頂板支護
5.1.1錨桿
錨桿形式和規(guī)格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為HRB400，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。
錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，一支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為30mm。
W鋼帶規(guī)格：采用W鋼帶護頂，鋼帶規(guī)格：厚度4mm，寬250mm，長度5100mm。
錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強度托盤，規(guī)格為120×120×10mm，承載能力不低于30t。
錨桿角度：垂直頂板布置。
網片規(guī)格：采用高強塑料網護頂。
錨桿布置：錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距800mm。
錨桿預緊扭矩：≥400Nm。
5.1.2錨索
錨索形式和規(guī)格：錨索材料為f22mm，1′19股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度8300mm，采用一支K2335和兩支Z2360低粘度樹脂藥卷錨固，錨固長度1500mm。
錨索布置：每兩排錨桿打3根錨索，排距1600mm，間距2000mm，全部垂直頂板巖層。
錨索托盤：采用300mm×300mm×16mm高強度可調心托板及配套鎖具。
錨索組合構件：采用W鋼帶作為每排錨索的組合構件，鋼帶規(guī)格：厚度4mm，寬250mm，長度4300mm。
錨索預緊力：200—250kN。
5.2巷幫支護
錨桿形式和規(guī)格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為HRB400，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。
錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，一支規(guī)格為Z2360。
W鋼帶規(guī)格：采用W鋼護板護幫，鋼護板厚度5mm，寬280mm，長度450mm。
錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強度托盤，規(guī)格為120×120×10mm，承載能力不低于30t。
網片規(guī)格：采用高強塑料網護幫。
錨桿布置：錨桿排距800mm，每排每幫4根錨桿，間距1000mm。
錨桿角度：垂直煤幫安設。
錨桿預緊扭矩：≥400Nm。
6 礦壓監(jiān)測
在8105工作面5105巷中每個試驗段安設三個測站。其中掘進200m左右安設一個測站，掘進1000m左右安裝第二個測站，掘進2000m左右安設第三個測站。每個測站包括兩個巷道表面位移監(jiān)測斷面，一個頂板離層監(jiān)測斷面，一個錨桿受力監(jiān)測斷面，一個錨索受力測站。
7 結語
大同礦區(qū)石炭系煤層巷道支護曾經一段時期是困擾煤礦安全生產的一大難題，出現多次冒頂事故。塔山礦8105工作面5105順槽的支護實踐證明，通過合理選擇支護參數及支護材料，能夠有效的控制特厚煤層超高煤幫大斷面巷道的變形，維護巷道穩(wěn)定。
參考文獻
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作者簡介：作者簡介：李燕飛（1956－），男，山西大同人，高級工程師，現在大同煤礦集團宏泰公司從事生產技術管理工作。Tel:0352-4051111,E-mail:gmy1969@163.com。
