關于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

1．概況

      大同煤礦集團公司塔山煤礦是近幾年發(fā)展起來的特大型現(xiàn)代化礦井，礦井設計生產能力1500萬t/a，設計服務年限132年。主采煤層為石炭紀C^3＃～C^5＃合并層，煤層總厚1.63～29.41米，平均厚15.72米，屬特厚煤層。煤層裂隙發(fā)育，煤體松軟破碎，巷道容易發(fā)生冒頂事故。采用平峒、立井混合開拓方式，主井、副井為平峒，進風、回風井為立井。

塔山礦特厚煤層采用綜合機械化放頂煤采煤工藝，準備巷道和回采巷道均沿煤層底板掘進，頂板煤層厚度較大，極難維護。巷道的掘進速度和支護是影響礦井安全高效開采的關鍵。

2．巷道支護設計

2．1  設計方法

      在綜合考慮支護安全、掘進速度和支護成本的情況下，堅持“三高一低”的支護原則，我們采用了動態(tài)信息設計法進行設計。設計步驟：地質力學調查測試→初始設計→礦壓監(jiān)測→信息反饋→修正設計。在施工地點地質力學參數(shù)詳細調查測試的基礎上，結合大量工程實踐經驗，提出了巷道支護初始設計。設計內容包括巷道支護形式確定，初始支護參數(shù)設計，支護材料選擇，施工機具設備配套，井下施工工藝，安全技術措施和礦壓監(jiān)測設計等。初始設計實施后，經過了礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的驗證，并根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)所反饋的信息進行了必要的修正，最后確定了巷道的支護設計。

2．2 理論依據(jù)

      錨桿支護與其它支護型式相比具有明顯的優(yōu)越性，在錨桿支護的發(fā)展過程中，建立起了許多理論（如懸吊理論、組合梁理論、減跨理論等），每種理論都能夠在一定程度上解釋錨桿支護的作用，但都有一定局限性。那么，為什么會出現(xiàn)各種理論都能夠在一定程度上解釋錨桿支護而又都存在一定的缺陷呢？眾所周知，由于巷道的地質條件不同，開掘后它的應力分布就會不同，巷道的破壞形式也就不同，也就是說它的力學形態(tài)不同。不同的理論有不同的適應條件，不同的條件就有不同的力學形態(tài)，不同的力學形態(tài)就應該用不同的錨桿支護理論去解釋，不能一概而論，應分類解決。

      近年來，又建立起來了松動圈理論，當巷道開挖后，打破了圍巖原有的三向應力平衡狀態(tài)，圍巖中應力重新分布，形成環(huán)向應力集中。當應力集中超過圍巖強度后，巷道周邊巖石首先破壞，并逐漸向深部擴展，直至在一定深度達到新的三向應力平衡狀態(tài)為止，此時，圍巖中出現(xiàn)了一個破裂區(qū)——圍巖松動圈。

依松動圈大小將圍巖松動圈分為小松動圈（Lp≤40cm）、中松動圈（40cm＜Lp＜150cm）和大松動圈（Lp≥150cm）三大類。

①小松動圈圍巖，巷道變形和松動圈圍巖自重都比較小，不需要錨桿支護，久有一層噴射混凝土支護防危巖掉落和防圍巖風化即可。

②中松動圈條件下，圍巖碎脹變形相應增大，單一噴層將破裂或破壞，必須用錨桿控制圍巖變形。

③大松動圈圍巖屬軟巖范疇，支護時，充分發(fā)揮錨桿的擠壓加固作用，使錨桿群中的每根錨桿形成的錐形壓縮區(qū)彼此聯(lián)系起來，再配合錨索、鋼帶、金屬網、噴漿等聯(lián)合支護方式，使松動圈圍巖形成一個堅固的整體來控制圍巖的變形和破壞。

根據(jù)以上理論分析，塔山礦特厚煤層巷道應根據(jù)大松動圈理論來進行支護設計。

2．3 設計實例

1070輔助運輸大巷掘寬5.8m，掘高4.51m，沿煤層底版掘進，采用了錨桿、錨索、金屬網、鋼帶、噴漿聯(lián)合支護方式。

錨桿：桿體采用22^# 左旋無縱筋螺紋鋼，長度為3000mm，桿尾螺紋為M24mm。間距×排距=700×700mm，每排15根。樹脂加長錨固，采用兩支樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，另一支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為28mm，錨固長度為1200mm。采用拱型高強度托板，托板規(guī)格為150×150×10mm。

鋼帶：W形，厚度為3mm，寬度為150mm。

金屬網：網片規(guī)格為2100×1200mm，網孔規(guī)格100×100mm，搭接長度200mm。

錨索：單根鋼絞線，直徑為f17.8mm，長度為8300mm，加長錨固，采用三支樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，三支規(guī)格為Z2360，錨固長度為2500mm。每3排錨桿布置5根錨索，排距為2100mm，錨索頭部設有樹脂藥卷攪拌頭，尾部配有高強度錨具，配套金屬托板規(guī)格為300×300×16×f22mm。

噴射混凝土：標號大于C₂₀，厚度100mm。配合比為：水泥：砂子：石子=1：2：2，水灰比為0.4～0.5，速凝劑摻量約為水泥重量的2.5%-4.0%。

1070輔助運輸大巷聯(lián)合支護布置如下圖。

1070輔運巷支護示意圖$Page_Split$

3．快速掘進工藝

為了提高巷道掘進速度，采取了以下施工工藝：

（1）采用S-200M大功率掘進機組掘進，全斷面一次截割成巷，SJ－80皮帶運煤，直接運出地面。

（2）用MYT-140液壓錨桿鉆機打錨桿眼，額定轉矩140N·M，最大推進力17KN，提高了打眼速度。

（3）使用扭矩螺母，使攪拌樹脂藥與緊固螺母一次成功，大大縮短了錨桿的安裝時間。

（4）堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

4．礦壓監(jiān)測

錨桿支護是一種隱蔽性很強的工程，必須進行礦壓監(jiān)測，監(jiān)測主要包括以下內容：

①頂板離層監(jiān)測

頂板離層監(jiān)測是最基本的監(jiān)測內容，必須對離層監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄、繪制曲線圖，并分析、總結頂板變化規(guī)律，如發(fā)現(xiàn)頂板變化異常，必須采取措施。

切眼采用了頂板離層在線監(jiān)測與頂板離層指示報警綜合監(jiān)測，KGD－1－150型礦用頂板離層傳感器與頂板離層報警指示儀交錯布置在切眼頂板寬度的中部，間距為30m。

②錨桿受力監(jiān)測

采用CM-1型測力錨桿監(jiān)測頂板錨桿受力，在施工時，將正常安裝的錨桿換成測力錨桿。每隔7m布置1組測力錨桿，每組3根，分別布置在巷道頂板和兩幫。

③錨桿、錨索應力檢測

采用MJ-40錨桿和MCJ-60錨索測力計，安裝在托板與圍巖之間。錨桿測力計每隔7m布置1組，每組3個，分別布置在巷道頂板和兩幫。錨索測力計每隔10.5m布置1個。

5．結語

      特殊條件下煤礦巷道的快速掘進和支護一直是困擾煤礦安全生產的重大難題之一，而巷道支護又是解決巷道快速掘進的關鍵環(huán)節(jié)，經過幾代廣大科學工作者和工程技術人員的研究和實踐證明，錨桿支護是唯一能夠使巷道實現(xiàn)安全、快速、經濟的一種支護方式。以錨桿為主體支護的聯(lián)合支護方式在塔山礦松軟破碎特厚煤層的成功應用，再一次證明了錨桿支護與其它支護相比具有很大的優(yōu)越性。因此，在軟巖巷道掘進中應積極推廣使用錨桿支護技術。

參考文獻

[1] 何滿朝等，《中國煤礦錨桿支護理論與實踐》，北京：科學出版社，2004年。

 [2] 袁和生，《煤礦巷道錨桿支護技術》，北京：煤炭工業(yè)出版社，1997年。

 作者簡介：牛福龍，男，1969年7月出生， 1992年畢業(yè)與山西礦業(yè)學院礦井建設專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)在在大同煤礦集團有限責任公司生產技術部工作。