新上海一号煤矿115胶带下山巷道支护设计实践_张晋飞.pdf

新上海一号煤矿115 胶带下山巷道支护设计实践张晋飞，周鹏鹏，陈敬佩(内蒙古上海庙矿业有限责任公司新上海一号煤矿，内蒙古鄂尔多斯016200)摘要:对新上海一号煤矿 115 胶带下山巷道掘进的过程中，必须做好巷道支护工作。对 115 胶带下山特征及地质条件进行分析，并通过参数计算，提出了断面采用直墙圆弧拱加拱底断面锚网(索)喷支护设计，优化支护设计能够有效提升 115胶带下山巷道的安全性及稳定性。关键词:胶带下山;巷道支护;参数验算中图分类号:F4063;TD353文献标识码:B文章编号:10080155(2023)020139031 工程概况一采区 15 煤运输下山，位于一水平 15 煤;一水平地面标高+131915+13172m，一采区巷道底板标高+7905+7546m。煤层总厚 389m，煤层结构单一，煤层倾角 56，煤层硬度(f)13。15 煤:黑色，棕褐色条痕，油脂光泽，宽条带状，平坦状断口，以暗煤为主，夹少量亮煤条带，属暗淡性煤。一采区 15 煤运输下山上部、下部无已掘巷道及工作面;东侧为 F2 断层防水保护煤柱;南侧为工业广场保护煤柱;西侧为 115 采区轨道下山;北侧为已掘的 115 采区轨道下山。巷道设计长度及坡度为 441m(平距)，巷道沿 15 煤煤层掘进施工。煤层顶底板情况见表 1。表 1煤层顶底板情况表顶底板名称岩石名称厚度(m)岩性特征顶板上主要岩层岩性泥岩粉砂岩粗粒砂岩4995(287668)灰色，泥质结构，薄层状，含植物根部化石浅灰色，泥质砂状结构，中厚层状，粗粒碎屑约占 70%，以石英为主浅灰色，粗粒结构，中厚层状，层理发育，粉砂岩与炭质条带呈层理出现，岩屑次之，次圆状，中等至弱分选，泥质孔隙式胶结煤(15)389(361422)黑色，棕褐色条痕，油脂光泽，宽条带状，平坦状断口，以暗煤为主夹少量亮煤条带，属暗淡性煤底板下主要岩层岩性粉砂质泥岩中粒砂岩砂质泥岩584(293607)浅灰色，泥质结构，泥质与粉砂质构成薄层状层理灰白色，中粒砂状结构，以石英为主，岩屑次之，泥质基底式胶结，致密较硬灰色，泥质结构，中厚层状，含植物叶片化石2 巷道布置一采区 15 煤运输下山与已掘的一采区 15 煤下山下车场相连，水平标高+7905 +7546m，在一采区 15 煤下山下车场 G11 点前 448m 处开门，以方位角 96000沿煤层向前施工，按照一采区 15 煤运输下山设计断面掘进 441m(平距)到达位置1。胶带输送机机头硐室:为方便前期掘进，巷道开门15m 后，在左帮(面向迎头)施工胶带输送机机头硐室，硐室规格:长宽高=5m15m22m。巷道水窝:因巷道为上山施工，巷道拐弯开门 5m后，在巷道右帮施工永久水池 1 个，水池以躲避硐形式施工，水池规格:长宽深=2m1m15m，躲避硐高22m。在掘进过程中，每掘进约 70m 在巷道施工临时水池，水池净尺寸规格:长宽深=15m1m15m，挂网喷浆支护，喷射 C2 混凝土，喷厚 100mm。3 巷道支护参数设计31 巷道支护参数断面采用直墙圆弧拱加反底拱锚网(索)喷支护，如图 1 所示。图 1巷道断面图931DOI:10.13487/ki.imce.023215支护锚杆使用 22mm2800mm 高强锚杆，间排距为 700mm 700mm，顶帮锚杆配合 450mm 330mm 4.75mm 护板+200mm200mm10mm 锚杆盘，底板锚杆配合 12mm80mm1600/2800mm 钢梯+200mm200mm 10mm 锚 杆 盘。顶 板 锚 索 采 用 22mm 10000mm(19 芯)钢绞线锚索与锚杆隔排布置，巷道正顶锚索配合使用 400mm400mm16mm 锚索盘紧跟迎头施工，顶板两侧锚索配合 250mm250mm12mm 异形托盘+1600mm330mm475mm 钢带锚索梁施工。两帮锚索采用 178mm5000mm(19 芯)配合异形托盘+1600mm330mm475mm 钢带锚索梁施工，底板使用 178mm5000mm(19 芯)锚索配合400mm400mm16mm 锚索盘施工，锚索间排距为 1400mm1400mm。巷道顶帮锚网索支护前初喷 50mm，支护完成后复喷50mm;底板初喷 100mm，复喷 100mm，浇 筑 抹 底 0300mm2。32 下输送机机头硐室支护参数机头硐室断面加宽为长 5000mm宽 1500mm高2200mm。全断面锚杆使用 22mm2800mm 高强锚杆，间排距为 700mm700mm，顶帮锚杆配合 450mm330mm475mm 护板+200mm200mm10mm 锚杆盘，底板锚杆配合 12mm80mm1600/2800mm 钢梯+200mm200mm10mm 锚杆盘。顶板中间施工 1 根22mm10000mm(19 芯)钢绞线锚索，布置在 4 根锚杆中心，帮部及底板锚索采用 178mm5000mm(19芯)钢绞线锚索。配合 400mm400mm16mm 锚索盘施工，锚索间排距为 1400mm1400mm。巷道顶帮锚网索支护前初喷 50mm，支护完成后复喷 50mm;底板初喷100mm，复喷 100mm。33 锚杆支护参数验算冒落拱高度计算H=B/2f=47/6=078m(1)式(1)中:B巷道顶板掘进宽度，取 47m;f顶板煤岩普氏硬度系数，取 3。顶部锚杆L 顶锚=KH+L1+L2(2)L 顶锚=2078+05+015=221m式(2)中:L锚杆长度;H冒落拱高度，取 078m;K安全系数，一般取 K=2;L1锚杆锚入稳定煤(岩)层的深度，一般按经验取 05m;L2锚杆在巷道中的外露长度，一般取 015m。帮部锚杆L 帮锚=L1+L2+L3(3)L 帮锚=015+1+122=237m式(3)中:L1锚杆外露长度，一般取 015m;L2锚杆锚入稳定煤(岩)层的深度，取 1m;L3=(1+f)/(1+2f)+(B1)/(B+1)，两帮煤体非有效承载区宽度，按自然平衡拱理论;则 L3=(1+f)/(1+2f)+(B1)/(B+1)=122m;B巷道掘进宽度，取 47m;f帮部煤岩普氏硬度系数，取 3。通过计算，选用 22mm2800mm 高强锚杆满足要求。顶部锚索L 锚索=L1+L2+L3(4)L 锚索=205+4+035=64m式(4)中:L1锚索锚入稳定岩层的深度。按GBJ861985 要求，锚索锚固长度 L1 按下式确定:L1K(d1fa)/(4fc)(5)式(5)中:K安全系数，取 K=20;d1锚索钢绞线直径，取 22mm;fa钢绞线抗拉强度，N/(1860MPa);fc锚索与锚固剂的黏合强度，取 10N/;则 L12(221860)/(410)=2046mm205m。L2需要悬吊不稳定岩体(煤体)厚度，取 4m。L3锚索外露长度+索具及托盘厚度，取 025+0.1=035m。通过计算，选用 22mm10000mm 锚索满足要求。锚杆间排距计算a_顶帮=(Q/kH)(6)a 顶帮=175m式(6)中:Q锚杆设计锚固力，按顶部锚杆计算，取 120kN;k安全系数，按中等，取 2;H冒落顶高度，取 078m;被悬吊岩石及煤的厚度比例加权比重，取25kN/m3。通过计算，锚杆间排距 700mm700mm 满足要求。4 支护形式41 临时支护采用掘进机机载前探梁作为临时支护，机载超前支护系统装备设置在掘进机的中上部。机载前探梁故障不能使用时，使用 3 组前探梁作为临时支护，间距一般为 0812m，前探梁使用 79mm 以上钢管制作，长度不小于 32m。吊环、吊梁器的强度要与前探梁的强度匹配。前探梁分别吊挂在巷中顶板相邻的锚杆上，上吊环的锚杆必须留有 4080mm 的丝扣，以保证吊环的牢固。前探梁使用 2 个悬吊点固定(吊环用 22mm041的锚杆加工制作，配 22mm 的螺帽，螺帽上满为宜)，前探梁到迎头的端面距不得大于 03m。掘进后，迎头作业人员站在锚网支护完好的顶板下，工作面必须配备手镐、撬棍(22mm 风钻钎子制作，长 1200mm，一端为扁铲，一端为尖)和长杆(19mm 钢管制作，长为3000mm，一端焊接风镐钎子)作为找顶专用工具进行敲帮问顶，找净顶板、两帮及迎头的浮矸活石。活矸危岩找净后铺设金属网并联接，然后用前探梁钢管托住顶网，并前移至迎头，使用专用方木及木楔接顶密实，方木与两帮端面距不超过 03m，保证巷道顶板施工安全3。42 永久支护方式421 断面采用直墙圆弧拱加拱底断面锚网(索)喷支护支护锚杆使用 22mm2800mm 高强锚杆，间排距为 700mm700mm，顶帮锚杆配合 450mm330mm4mm 护板+200mm200mm10mm 锚杆盘，底板锚杆配合 12mm 80mm 1600/2800mm 钢梯+200mm200mm10mm 锚杆盘。间排距允许偏差100mm，设计扭矩 400Nm，预紧力60kN，高强锚杆外露丝长度 1050mm。顶板锚索采用 22mm10000mm(19 芯)钢绞线锚索与锚杆隔排布置，巷道正顶锚索配合使用 400mm400mm16mm 锚索盘紧跟迎头施工，顶板两侧锚索配合250mm 250mm 12mm 异形托盘+1600mm 330mm 4.75mm 钢带锚索梁施工。两帮锚索采用 178mm5000mm(19 芯)配 合 异 形 托 盘+1600mm 330mm 4.75mm 钢带锚索梁施工，底板使用 178mm5000mm(19 芯)锚索配合 400mm400mm16mm 锚索盘施工，锚索间排距为 1400mm1400mm。锚索间排距允许偏差100mm，预紧力为 200kN，外露长度 150250mm。巷道顶帮锚网索支护前初喷 50mm，支护完成后复喷 50mm;底板初喷 100mm，复喷 100mm，浇筑抹底0300mm。422 下输送机机头硐室支护参数机头硐室断面加宽为长 5000mm 宽 1500mm 高 2200mm。全断面锚杆使用 22mm2800mm 高强锚杆，间排距为 700700mm，顶帮锚杆配合 450mm330mm4mm护板+200mm200mm10mm 锚杆盘，底板锚杆配合使用 12mm 80mm 1600/2800mm 钢梯+200mm200mm10mm 锚杆盘。间排距允许偏差100mm，设计扭矩 400Nm，预紧力60kN，高强锚杆外露丝长度 1050mm。顶板中间施工 1 根 22mm10000mm(19 芯)钢绞线锚索，布置在 4 根锚杆中心，帮部及底板锚索采用 17 8mm 5000mm(19 芯)钢绞线锚索。配 合400mm400mm16mm 锚索盘施工，锚索间排距为1400mm1400mm。锚索间排距允许偏差100mm，预紧力为 200kN，外露长度 150250mm。巷道顶帮锚网索支护前初喷 50mm，支护完成后复喷 50mm;底板初喷 100mm，复喷 100mm。金属网:金属网采用 6mm 的 Q235 钢筋焊接的网孔为 100mm100mm 的直连网，网片规格为 2160/4960mm 1060mm，搭接网片长度不小于 100mm，翻弯 360。钢筋梯:底板锚杆配合钢梯支护，钢梯使用 12mm钢筋焊制，尺寸为 12mm80mm1600/2800mm。喷射砼:顶、帮、底喷射砼强度为 C20。C20 配比为水泥 砂子 石子=1 237 289(重量比)，水灰比 045。水泥采用标号 PO 425 普通硅酸盐水泥，沙为纯净的河沙，石子粒直径 510mm，石子过筛。速凝剂型号为 J85 型，初凝时间3min，终凝时间5min，掺入量一般为水泥重量的 4%8%，喷拱取上限，喷淋水区时，可酌情加大速凝剂掺入量，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入。巷道内应备足支护材料，锚杆 288 套，金属网 35页，锚索 156 套，树脂锚固剂 15 箱，钢梯 36 架，现场存放，按规定分类上垛码放整齐，高度不超过 15m，并挂牌管理，存放位置距迎头不得超过 300m。5 结语对 115 胶带下山特征及地质条件进行分析，断面采用直墙圆弧拱加拱底断面锚网(索)喷支护方案，通过巷道支护参数计算满足设计需求，优化了支护设计，实现了 115 胶带下山巷道的长期稳定。参考文献:1 廖祥奎煤矿软岩巷道支护技术探究J 现代工业经济和信息化，2022，12(06):260261 2 朱毅巷道快速掘进支护技术的对比研究J 机械管理开发，2022，37(07):5961 3 李新宇复杂地质条件下的煤矿巷道支护J 能源与节能，2022(06):205207作者简介:张晋飞(1996)，男，山西定襄县人，大专，研究方向:煤矿掘进技术。141