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

石炭二迭紀5#煤層頂板支護技術(shù)的研究與應(yīng)用

薛  厚

 (山西同煤集團挖金灣煤業(yè)公司 ,山西 , 大同,  037042)

摘要：由于侏羅紀煤系現(xiàn)資源枯竭，需接替石炭二迭紀煤系，為此針對石炭二迭紀煤系頂板控制及支護問題，對挖金灣煤業(yè)公司虎龍溝煤礦石炭二迭紀5號煤層頂板進行支護技術(shù)改進。實踐證明，支護效果良好，對成功開采石炭二迭紀煤系積累了寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：石炭二迭紀；5號煤層；支護技術(shù)；

1   概  況

挖金灣煤業(yè)公司虎龍溝煤礦現(xiàn)在施工的主要開拓準備巷道位于石炭二迭紀5^#煤層中。本區(qū)5^#煤層厚度在30.23-32.56m之間，平均煤厚為31.40m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在煤層中有火成巖順層侵入現(xiàn)象，造成大面積火成巖床，在巖床的上下，形成厚度不均的變質(zhì)帶，由于火成巖的侵入，對煤層的破壞比較嚴重。根據(jù)現(xiàn)場實際揭露該區(qū)域5^#煤層未變質(zhì)的煤層厚度約為7m，且5^#煤層的特點是下部煤層較硬，上部煤層軟，頂板管理非常困難，需要針對這一情況進行支護技術(shù)研究。

2   原支護技術(shù)及存在問題

    在開始階段，采用錨桿支護。具體支護采用 錨桿類型：Q335 滾絲錨桿，錨桿長度：2200mm ，錨桿直徑：18mm， 屈服噸位：87kN，抗拉強度：126kN。由于錨桿支護存在不安全因素經(jīng)常發(fā)生漏頂事故，經(jīng)工程技術(shù)人員研究決定在全煤巷道采用全錨索支護。巷道頂板支護錨索參數(shù)如下：錨索直徑： 15.24mm，錨索長度：5000mm和12000mm，間 排 距： 1000×1000mm。然而，由于煤層軟，原有的支護方式存在如下問題：

    1）煤層軟，盡管采用了起底掘進使得頂板在相對硬的煤層中，但由于表面支護和超前支護不合理，造成支護前和支護過程中經(jīng)常產(chǎn)生漏頂現(xiàn)象，給支護施工帶來很大困難；在漏頂嚴重時，不得不采取架棚子措施。

    2）盡管使用支護強度較大的全錨索支護，然而原使用的錨索的錨固力很難達到錨索的最大抗拉噸位。其主要原因是：煤層軟，“三徑”匹配不盡合理，鋼絞線表面表面光滑等。

    3）巷道掘進速度慢。由于巷道頂板采用全錨索支護，且是起底矸掘進，巷道掘進速度慢，巷道掘進和支護效率低；同時，巷道煤層頂板在打錨索的過程中還是易出現(xiàn)頂板離層漏頂?shù)默F(xiàn)象，巷道成形也不理想。

    4）機組負荷大。由于巷道起底掘進，機組需要割2m左右的底板巖石，機組的負荷加大，截齒消耗量劇增。

    5）空頂時間和支護滯后時間長。由于采用全錨索支護，且錨索攪拌結(jié)束后無法及時漲拉，易造成巷道頂板空頂時間過長而產(chǎn)生離層，非常不利于保證巷道的支護效果，削弱了錨網(wǎng)支護及時支護和主動支護的理念。

    6）大巷起底掘進對以后的采煤工作影響不大，對于綜放工作面的回采巷道掘進時，若仍采用起底掘進，將使采煤工作面的回采工作難以正常進行，降低了采煤工作面的回采工作效率，影響了礦井的正常生產(chǎn)。

   7）工作面巷道沿底掘進時，頂板將處于軟煤中，軟煤所帶來的問題將進一步突出。故采煤工作面順槽掘進時下列問題必須解決：

3  改進后支護方式

3．1、錨索

   1）錨索長度。為了保證錨索能錨固到頂板穩(wěn)定圍巖中，同時根據(jù)井下的實際資料確定，錨索的長度選擇為8m。

   2）錨索安裝應(yīng)力。錨索的安裝應(yīng)力不低于100kN。

   3）錨索幾何尺寸及技術(shù)參數(shù)。錨索直徑：15.24mm，屈服強度大于1860MPa，抗拉載荷大于360kN。配件為索具、球墊圈、加強管、鳥窩等；托盤：300×300×10mm 高強托盤，托盤強度大于300kN。

   4）錨索布置。錨索采用“五花”布置，錨索排距為1m。

   5）錨固劑。每套錨索采用3支K2350的快速樹脂藥卷。

   為了解決軟巖條件下錨索的錨固力不足的問題，選用快裝高預(yù)應(yīng)力“鳥窩”錨索，其結(jié)構(gòu)如圖1。索頭保護套用于防止錨索索頭在運輸及安裝過程中散股。一旦散股，會給錨索安裝帶來很大不便。

3.2   錨桿

   1）錨桿長度設(shè)計。根據(jù)圍巖松散破碎圈分析，錨桿的長度選為2200mm。

   2）錨桿安裝應(yīng)力。根據(jù)有限元分析，提高安裝應(yīng)力可以減小或消除頂板中的拉應(yīng)力區(qū)，可以消除頂板巖層的離層，從而取得最佳梁的

圖1      快裝高預(yù)應(yīng)力“鳥窩”錨索

效果。錨桿安裝應(yīng)力最小應(yīng)保證3t，錨桿的安裝扭矩不低于150N.m。

   3）錨桿材料。Q500 螺紋鋼，屈服強度大于500Mpa。

   4)錨桿幾何尺寸及技術(shù)參數(shù)。直  徑： 18mm，屈服強度理論值120kN，實測值大于140kN,抗拉強度理論值150kN，實測值大于170kN，延伸率：理論值15%，實測大于20%。

   5）配件。螺母為阻尼螺母；傾斜錨桿加球墊圈，150×150×8mm 高強托盤，托盤強度大于180kN。

   6）錨固劑。每套錨桿采用兩支CK2335的超快速樹脂藥卷。

錨桿實物圖如圖2。

圖2      錨桿實物圖

3.3  改進后支護方式的優(yōu)點

  1）提高了巷道掘進速度，單進由原來的每天3米提高到每天7米；

  2）降低了巷道綜合支護成本，綜合成本由原來的每米5000元降低到每米3000元；

  3）縮短了臨時支護時間，提高了臨時支護的效果，實現(xiàn)了錨桿支護的核心理念（主動支護、及時支護），為實現(xiàn)巷道完全沿底板掘進提供了保障。

  4）降低了工人的勞動強度，改善了迎頭作業(yè)環(huán)境。

4   結(jié)  語

    通過對石炭二迭紀5#煤層頂板支護技術(shù)的研究與應(yīng)用得出，    由于5#煤層煤質(zhì)松軟，頂板難以控制，極易發(fā)生漏頂事故。所以我們采取以上方法來進行5#煤層頂板支護，不但能夠順利掘進，還加快了掘進速度，降低了支護成本，減輕了工作人員的勞動強度。