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深井强矿压下顺采巷道现场支护方案优化
2017年 05月 27日 文章来源:山东思科赛德矿业安全工程平安彩票

 (1.陕西彬长文家坡矿业平安彩票,陕西 咸阳713500;)

摘要:为解决文家坡煤矿回采工作面推采过后对下一工作面造成巷道顶板下沉、锚杆断裂,帮部收敛、底鼓等支护失效现象。根据以上情况,每隔10m等距离布设1个监测断面,观测顶底板位移量及两帮收敛量,依据观测结果分析认为:巷道顶板下沉量达300-500mm,右帮收敛达400mm。从科学支护及节约支护成本的原则出发,锚杆支护间排距不做调整,但为了防范和对顶部围岩进一步破碎失稳的有效控制,间排距调整为1.2′0.7m。同样在采用优化支护方案的巷道施工过程中也每隔20m布3个等距离监测断面。两种方案支护效果对比结果表明:采用优化方案后,顶板下沉量从600mm降低到100mm,并且钢带受剪切变形显著减少;巷道尺寸收敛现象为50—100mm,低于优化前的300mm。为避免巷道变形严重,在监测监控基础上增加支护强度是合理可行的。

关键词:深井;长强矿压;支护方案优化

前言

煤矿开采深度的不断增加, 井下巷道将处于更高的地应力环境中,同时目前现代矿建建设效益考虑,尽快形成工作面,盘区采用了前进式布置工作面,出现01-02-03依次循序开采的情况,回采工作面的推采回对下一个工作面掘进的巷道造成严重的影响,如果支护方式不合理,会直接导致下一工作面巷道全部失稳,对整个矿井的正常接续及人员安全造成严重影响。因此,合理选择支护形式及其参数是矿建建设的关键,现场分析结果表明,巷道支护的失败,绝大多数是由于支护形式与围岩不相适应,即支护选型不当造成的。 研究强矿压下顺采巷道巷道科学的支护方式是保证矿井安全采掘的关键因素

1工程概况

陕西彬长文家坡煤矿埋深680m-740m,属于深埋煤矿,主要可采煤层为4#煤。4101工作面暨为矿井首采工作面,4102工作面为接续工作面,4102工作面带式输送机巷布置在4101回采工作面侧,相距45m,巷道整体多布置在遇水膨胀的泥岩和透水性较好的细粒砂岩中。在4101推采120m时,推采面与掘进面相互齐平,随着4101工作面的推采,4102带式输送机巷后巷相继出现巷道顶板严重下沉,底板底鼓,帮部破碎收敛、锚杆锚索多处断裂等压力显现现象,导致4102工作面人员无法进入,皮带难以安装。

2 原方案支护效果

      4102工作面带式输送机巷设计支护参数为:矩形断面长×高= 5。7m×3。65m,锚索规格:Φ21。6mm′8800mm的钢绞线,间排距为1。4m×2。1m,托盘材质采用长×宽×厚=300mm′300mm′20mm碟形钢板,同时顶板布置W钢带。锚杆规格:Φ20mm′2700HRB335钢筋,间排距700×700mm,托盘材质采用Q235钢,规格为150mm′150mm′8mm,另帮部锚固用木质垫板规格为长×宽×厚=400mm′250mm′50mm的木板,布置方式如图1所示。

图1 巷道设计支护图

     4101工作面推采影响,4102出现大面积的顶板下沉,顶板最大下沉量达到600mm,导致部分巷道中锚网索荷载较大,多处出现断裂;顶板,巷道收敛变形明显,收敛最高达300mm;局部围岩破碎严重,对工程质量、安全、接续等方面产生极大影响。(如图2所示)


2原支护条件下围岩状态及支护效

3 围岩稳定性监测数据分析、决策及优化支护评价

根据文家坡煤矿4101工作面回采情况及4102接续工作面带式输送机巷动压显现状况,全面开展深井回采工作面与沿空掘巷的矿压观测技术研究,为确定超前支承压力作用范围、煤柱留设、巷道支护设计等提供科学数据,构建以KJ24矿压监测系统--“无线矿压监测传感器网络”为基础的物联网硬件监测平台,动态监测围岩支承压力演化及巷道变形,实现自始至终的采准巷道的工程质量信息化跟踪,从而对支护形式进行合理优化。

采动巷道按照离开切眼的距离和实际断层情况,分n个断面(即n个测站)进行观测(根据需要设置在4101工作面两顺槽与4102接续工作面带式输送机巷),每隔50m布置一个监测断面。采取无线方式,每个断面布置3台围岩移动传感器(两测点,监测顶板离层,断面及断面前后50m处顶板各安装一台)、1台锚杆(索)应力传感器(三测点,分别监测断面处两帮及顶板锚杆、锚索受力情况)。传感器采集数据发送给压力监测子站通过通讯电缆传输到光端机处理后借助矿区工业以太环网或单模光纤传至井上服务器进行数据分析、处理。

(1)顶板离层监测:采用围岩移动传感器来监测顶板深、浅两个不同深度的离层情况。每个离层仪有深、浅两个测点,浅部测点安装深度为2m,深部测点安装深度为6m,通过实时监测两个测点的位移量,能够推导出顶板离层量。其监测目的是验证锚杆、锚索长度的合理性。

 每个监测断面处及断面前后50 米处顶板上各安装1 台围岩移动传感器,共计3 台。断面围岩移动传感器采用无线传输方式,实时采集数据并发送给监测子站,借助通信线进入光端机,通过工业以太环网、光纤传输至地面监测服务器,软件实时显示并进行统计分析。顶板离层监测布置如图3 所示。

图3 顶板离层监测

    (2)锚杆(索)受力监测:将压力传感器安设在锚杆螺母与托盘之间,压力传感器内贴有应变片,随着锚杆受力的增大,应变片会产生形变导致电阻变化,通过监测电阻电压可以实时得到锚杆的受力状态,是巷道矿压监测的重要内容。通过监测锚杆受力大小与分布,可比较全面的了解锚杆的工作状况,判断锚杆是否发生屈服和破断,评价巷道围岩的稳定性和安全性,以及锚杆支护是否合理,并根据监测数据提出对支护设计修改的建议。本次锚杆受力监测,主要监测巷道煤体的锚杆受力,每个监测断面布置一组3 测点的锚杆(索)应力传感器,分别监测两帮锚杆及顶板锚索的受力情况,如图4所示

4 锚杆(索)受力监测

       巷道开挖破坏了岩体原有的应力平衡状态,围岩释放一部分势能,产生变形,围岩中形成松动圈。通过现场安装顶板离层、锚杆(索)应力传感器监测断面,测量围岩松动圈范围,结合松动圈支护设计理论,评价巷道支护效果,能够判断巷道围岩稳定性。

  随巷道掘进,距掘进工作面每隔50m布设一个监测断面做围岩收敛观测,共计10个。通过对顶板离层及锚杆(索)应力情况观测分析:顶板离层仪浅基点顶板离层量较大,顶板围岩松动圈范围小于顶板围岩锚杆支护长度。对比顶板和两帮观测结果可发现,4102带式运输机巷层位多为泥岩、透水性较好的细粒砂岩,顶板受裂隙水影响,围岩破碎,下沉量较大。通过对每个监测断面不间断观测,顶板下沉量最大为600mm;帮部较完整,但因顶部受裂隙水影响产生的失稳导致帮部移近量增大,最大为300mm,并出现破碎扩容现象。

  针对4102工作面带式输送机巷在掘进过程中顶部和帮部围岩失稳共同引发支护质量较差甚至支护失效问题,根据KJ24矿压观测系统观测结果分析认为,巷道帮部围岩较完整,顶部2m范围内围岩较破碎,但松动圈范围没有超过锚杆的支护长度,从科学支护及节约支护成本的原则出发,锚杆支护间排距不做调整,但为了防范和对顶部围岩进一步破碎失稳的有效控制,把锚索长度由8.8m变更为12m,间排距调整为1.41.4m

  同样对优化支护施工的巷道从变更支护开始的位置随巷道掘进,每隔50m布设一个监测断面,共布设3个监测断面。每个监测断面观测时间同样为30天,最后取其加权平均值,结论为:优化支护后的围岩稳定性、完整性明显提高,顶板下沉量最大为100mm;帮部收敛量最大为50mm-100mm;较优化前的最大顶板下沉量和帮部收敛量明显降低,并且钢带受剪切变形显著减少。方案优化后和优化前30天观测的数据对比如图5所示,优化后的支护效果如图6所示。

5 方案优化前和优化后的数据对比

图6 优化后的顶部支护效果

4结论

通过对4102工作面支护方案进行优化得出如下结论:

  ①顶板离层观测发现顶板浅基位离层现象明显,2m-顶板内见较多围岩破碎带和裂隙,顶板围岩松动圈范围小于顶板锚杆2.7m的支护长度;

  ②顶板锚杆(索)有淋水,表明顶板受砂岩裂隙水影响,围岩破碎程度较帮部严重,引发顶板下沉量增大,钢带变形明显等因围岩失稳带来的支护问题。

 以增加锚索长度,缩小了锚索间排距作为方案优化的主要内容,采用优化后的方案,顶板下沉量从最大600mm减少至100mm,巷道收敛也从最大300mm降至50mm-100mm,围岩稳定性显著提高;

 现场应用证明,围岩破碎变形严重的深井大断面巷道,当松动圈范围小于锚杆有效支护长度,不改变锚杆支护间排距,通过加大锚索支护长度和缩小锚索间排距,既可以节约支护成本又可以有效控制围岩变形,优化后的方案是合理可行的。



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