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煤业巷道支护参数优化探索
论文类别:专家论文
作 者:佚名
所在地区:煤业巷道支护参数优化探索
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摘 要:
摘要:针对鹿台山煤业巷道支护密度过大,降低了巷道的掘进效率,增大了巷道的支护成本等问题,采用理论分析计算对锚杆、锚索支护间排距进行了优化。通过对巷道试验段采用优化方案进行试验及监测,得出此优化方案可以保证巷道围岩稳定,降低巷道支护成本,提高矿井经济效益,有利于矿井的可持续发展。
  关键词:巷道;支护;变形量;参数优化
  现阶段,煤矿企业正处于转型时期,粗放式的开采模式已经不适应市场需求,需进行精细化开采,降低成本,实现节能增效[1]。在井下工作面开采中,巷道是工作面开采及井田开拓的重要通道,矿井巷道每年的掘进量达几千米。现有的巷道支护密度过大,虽然可以保证巷道的安全稳定,但极大地影响了巷道掘进速度,且增加了巷道支护成本,造成浪费[2]。因此,针对鹿台山煤业井下巷道进行支护参数优化研究具有重要的意义。
  1工程概况
  目前,鹿台山煤业主采2#煤层,煤层最大厚度3.20m,最小厚度1.35m,平均厚1.97m;煤层结构简单,夹矸石0~2层,厚度0~0.48m。2#煤层直接顶为黑色泥岩或砂质泥岩;直接顶下常有0.1~0.5m厚的碳质泥岩及灰色泥岩伪顶;老顶为灰色细粒砂岩、泥岩互层,成分以石英为主,泥质、钙质胶结;底板为泥岩或粉砂质泥岩。2#煤层属结构简单、全区稳定可采的煤层。2#煤层顶底板岩性如表1所示。和回风大巷)和2203工作面3条顺槽(轨道顺槽、皮带顺槽和切眼)巷道变形规律进行研究,从而确定合理的支护方式和支护参数。
  2巷道原支护方式
  巷道顶板支护方式如下:a)顶部锚杆布置。采用Φ22mm×2400mm螺纹钢锚杆,每排5根,间距800mm,排距800mm。b)锚索布置。锚索规格Φ21.8mm×7300mm,沿巷道中线打设单体锚索,排距1600mm。巷帮支护方式为:采用Φ22mm×2400mm螺纹钢锚杆,每排4根,间距800mm,排距800mm。
  3巷道支护参数验算
  3.1锚杆支护计算
  a)锚杆长度L的计算式为:碎直接顶厚度,取1500mm;l3为深入稳定岩层的长度,取500mm。经计算,锚杆长度确定为L=2100mm,所以采用长度为2400mm的螺纹钢锚杆。b)锚杆直径d的计算式为:(2)式(2)中,Q为锚固力,取120kN;σt为锚杆抗拉强度,取660MPa。计算可得锚杆直径最小为15.15mm,锚杆直径选择22mm,大于15mm,可满足支护需求。依据以上计算,原方案选用Φ22mm×2400mm的螺纹钢锚杆可以满足需求。(3)式(3)中,D为锚杆间排距,m;Q为锚固力,取83.3kN;K为安全系数,取2;H为软弱岩层厚度,取1.5m;γ为软弱岩层平均容重,取25kN/m3。计算可得D≤1.11m,原方案所选锚杆间排距为800mm×800mm,可以进一步优化间排距,降低支护密度。
  3.2锚索支护计算
  为提高顶板支护可靠性,增大锚固体的强度,减少顶板冒落,采用锚索悬吊加固浅层岩层,以进一步提高顶板支护的安全系数。锚索采用Φ21.8mm的钢绞线,最小破断载荷为583kN。代入数据可得b=5.9m,原方案锚索间排距取1600mm×1600mm,满足支护要求。但可以进一步优化间排距,降低支护密度。
  3.3锚杆(索)支护参数优化
  巷道支护密度过大,虽然保证了正常生产,但是降低了巷道的掘进效率,同时又增大了巷道的支护成本。通过以上计算可以将锚杆、锚索间排距做如表2所示的优化,在保证安全生产的前提下降低支护成本。
  4工业试验
  为进一步验证优化后的支护方式对巷道围岩的支护效果是否达标,鹿台山煤业在2203工作面轨道顺槽进行试验,分别对试验段和常规支护段进行巷道围岩变形量监测,监测顶板下沉量及两帮收敛量,提取数据如表3所示。通过对巷道围岩变形量监测数据进行分析可知,与原支护方案下的常规支护段巷道围岩变形量相比,试验段巷道的顶板稳定性更好,两帮围岩也未出现片帮现象,变形量与原支护方案相近,因此可以得出,优化后的支护方案能够有效地支撑巷道,达到了保证巷道安全的目的,说明此次巷道支护参数优化是合理的。
  5经济效益分析
  a)减少巷道维护费用。根据鹿台山煤业以往巷道修护费用,平均每米修护费用300元,通过优化支护参数可使修护成本降低1/3,平均每米减少巷道修护费用100元,鹿台山煤业剩余约1680m(560×3=1680)大巷,4个工作面约6740m((1500+185)×4=6740)工作面顺槽,合计约8420m半煤岩巷道,总共节省842000元(8420×100=842000)巷道维护费用。b)减少巷道支护成本。根据鹿台山煤业以往巷道支护成本,平均每米半煤岩巷道支护成本约为1500元,通过优化支护参数可降低支护成本10%,平均每米减少巷道支护费用150元,鹿台山煤业剩余约1680m(560×3=1680)大巷,4个工作面约6740m((1500+185)×4=6740)工作面顺槽,合计约8420m半煤岩巷道,总共节省1263000元(8420×150=1263000)巷道支护费用。c)预期经济效益。预期经济效益为842000元+1263000元=2105000元=2.105×106元。
  6结语
  针对鹿台山煤业巷道支护密度过大,降低了巷道的掘进效率,增大了巷道的支护成本等问题,采用理论分析计算对锚杆、锚索支护间排距进行了优化。a)原方案锚杆间排距为800mm×800mm,优化为1000mm×1000mm;原方案锚索间排距为1600mm×1600mm,优化为2000mm×2000mm。b)通过对巷道试验段采用优化方案进行试验及监测,可以得到巷道围岩移动受到有效控制,从而说明本次锚杆(索)支护设计优化是合理的。c)此次支护方案的优化取得了巨大的经济效益。
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