锚杆支护煤巷矿压显现规律

试验研究

锚杆支护煤巷矿压显现规律

李书奎,彭担任

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(1.安徽理工大学,安徽淮南 232001;2.中国矿业大学,江苏徐州 221008)

摘 要:通过对唐山矿区9煤层T2291工作面溜子道实施锚杆支护时,进行全煤巷道的矿压观测,说明了同煤岩层内不同部位处巷道应力的差异和相同巷道应力条件下不同煤岩强度处围岩变形的差异;通过分析,得出9煤层锚杆支护巷道的围岩变形、锚杆受力等情况和矿压显现规律,提出锚杆支护巷道在进行设计及施工方面的指导性意见。

关键词:锚杆支护;矿压显现;围岩变形

中图分类号:TD353+ 6 文献标识码:A 文章编号:1005 2798(2006)04 00011 02

在掘进施工期间及后续一段时间里,锚杆支护

巷道的矿压观测工作是非常重要的。通过该项工作,可及时了解和掌握锚杆支护巷道在整个服务期间的围岩变形情况和锚杆的支护效应,总结出矿压显现规律;通过对观测数据结果的分析,可科学地指导巷道的掘进施工及锚杆支护设计,以便保证正常施工及人员的安全,并为类似条件下巷道的掘进施工及技术管理积累相关的矿压资料。

1.2 工作面设计

T2291工作面设计走向长1155m,倾斜长度150m;各巷道在掘进施工时均为托煤顶沿底全煤锚杆支护。设计巷道断面规格:宽度4.5m,高度2.8m,矩形断面。锚杆支护参数:顶锚杆为D22.5mm 2400mm规格的20MnSi左旋螺纹钢等强锚杆,排距0.7m,间距0.7m;帮锚杆为D20mm 1800mm规格的A3圆钢锚杆,排距0.8m,间距0.7m。T2291工作面溜子道的设计长度约为1150m。

1 工作面概况

1.1 工作面概况

T2291工作面位于唐山矿区铁二区二采区的9煤层,北邻本煤层工作面采空区,南邻本煤层未采区,西邻铁一区9煤层未采区,东邻铁二区一采区本煤层工作面采空区;上部为铁二区5煤层工作面(T2254采空区)和变薄无煤区,煤层之间距离约为50m。该工作面位于该区域北翼,呈背斜构造。该工作面是8、9煤层合采区,煤层平均厚度10m,沉积较稳定,但局部煤层中有夹石分布,煤层倾角平均12 。其顶、底板岩性如下:老顶为浅灰色细砂岩,厚18m,以石英为主,水平层理,含暗色矿物质,局部有风化现象;直接顶为深灰色泥岩,厚4.16m,泥质成分,含砂质和高特木及轮木化石;伪顶为深灰色泥岩,厚0.5m,泥质成分,炭质成分较高;直接底为深灰色泥岩,厚4.7m,泥质成分,断口贝壳状,含大型透镜状菱铁质结核,近煤处含大量植物根化石。

2 观测站的布置

T2291工作面溜子道与T2254工作面采空区的位置关系及其矿压观测站的布置示意,见图1。

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9!距T2290边眼430m;11#!距T2290边眼520m;#13!距T2290边眼553m;15#!距T2290边眼610m

图1 观测站布置

3 巷道围岩变形观测

3.1 观测方法

在T2291工作面溜子道,每掘进30~50m处,采用十字布点法,设一矿压观测站,以便了解和掌握

收稿日期:2006 03 14

作者简介:李书奎(1958-),男,安徽萧县人,硕士,高级工程师,从事生产与安全管理工作。

第154期

巷道围岩变形情况,见图2。150m;围岩从破坏到趋于稳定状态需11~15d。本测站掘进影响范围较大,主要原因:测站处于T2254工作面采空区三角煤柱正中央部位,在掘进影响的

同时也受到该三角煤柱的影响,因而围岩稳固的时间要长一些。

OA!垂直变形;OB!底鼓变形;AB!顶底移近量;CD!水平变形

图2 十字布点法

3.2 围岩变形实测结果

在长达数月的矿压观测中,巷道进尺1155m,不计拱型支护段,在锚杆支护段内共设矿压观测站28个,其中以9、11、13、15观测站处(距边眼430~610m)巷道的围岩变形最为显著。3.2.1 9观测站

其围岩变形数据见表1和图3。

表1 9#观测站围岩变形数据统计 mm/d

类 型水平变形垂直变形底鼓变形

最大值3.02.53.0

最小值0.30.30.2

平均值1.41.21.5

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图5 13#测站巷道变形速度曲线

图6 15#测站巷道变形曲线

从图6可知,巷道掘进影响范围为距迎头80

m;围岩从破坏到趋于稳定状态需6~10d。

4 观测结果分析

4.1 巷道围岩变形数值排序

综合各测站各项参数,巷道围岩变形数值从大到小的排列趋势为:11、13、9、15。该现象说明:

图3 9#测站巷道变形速度曲线

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从图3可知,巷道掘进影响范围为距迎头80m。围岩从破坏到趋于稳定状态需5~10d。3.2.2 其它观测站

其它观测站的围岩变形见图4~图6

。

处于采空或采动影响应力集中区位置处矿压显现最为明显,处于煤柱压力影响范围内巷道矿压显现次之,采空区下方压力显现较小。

4.2 水平变形及顶沉变形基本一致

该现象从各测站巷道变形曲线图可看出,说明巷道围岩变形的同时性、巷道围岩各向应力变化的统一性及巷道顶部、两帮和底板变形的同步性。该现象与海姆静水压力假说理论是一致的。4.3 巷道的稳定时间与稳定距离成正比

各测站所处位置的巷道稳定时间由长到短的顺序依次为:13、11、9、15;从各测站与距巷道掘进迎头距离看,其稳定位置由大到小的顺序也依次为:

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图4 11测站巷道变形速度曲线

从图4可知,巷道掘进影响范围为距迎头100m;围岩从破坏到趋于稳定状态需要7~11d。

在曲线图中,滞后工作面120m后变形又有所回升,主要原因:上方T2254回采结束后形成一个刀面形采空区,刀柄与刀面间有三角煤柱,11测站处在三角煤柱初始端下方50m,上方采空区残余应力传递并作用于巷道,使巷道围岩变形速度再次增高。从图5可知,巷道掘进影响范围为距迎头l#

13、11、9、15。该现象说明:区域整体压力较大部位巷道稳定时间及稳定距离较长,压力解放区域巷道稳定时间及稳定距离相对较短。4.4 存在周期来压现象

从各测站巷道变形曲线图看出,距掘进巷道迎头40m处出现第一峰值,距掘进巷道迎头80m处出现第二个峰值;另外,在11测站距掘进巷道迎头120m处,由于受5煤层煤柱边缘(下转第35页)

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4) 每月必须进行一次均衡充电,即按日常充电方法连续充电24h。

与普通矿灯相比没有变化,自推广使用以来,受到了煤矿工人、基层管理干部及上级领导的接受和认可,在瓦斯防治工作上起到了不可替代的作用,取得了

明显的使用效果。

1) 井下工人配备了报警灯后,人人变成了瓦检员,将煤矿瓦斯防治工作群防群治的要求真正落到了实处,每个工人随时、随地都能发现瓦斯浓度是否超限,进一步强化了工人的安全自保、互保意识。

2) 弥补了瓦斯检查员人手少,流动作业,不能随时对所有工作地点的瓦斯进行检测的弊端。配备报警灯后,实际上形成了只要有人工作的地点就有人在检测瓦斯的局面。

3) 有效弥补了瓦斯监控系统定点、固定区域检测的不足,配备报警灯的工人与瓦斯监控系统的整体固定连续检测及瓦斯检查员的移动不间断巡回检测相结合,形成了整体与个体、固定与移动、连续与间断、定点与全方位多层次的立体式瓦斯防治检测体系。

4) 实践证明,报警灯性能稳定可靠,报警及时、准确,能起到瓦斯超限警示的作用。

[责任编辑:李巧英]

4 报警灯使用注意事项

1) 充电时不得与普通矿灯混充,在使用中不应过放电。

2) 在使用时报警器的气眼不应被粉尘堵塞,

如发现粉尘堵塞气眼,应及时清理。

3) 对已用过的矿灯中途停止使用后,每月应进行一次日常充电。

4) 在发放使用前必须取下进气口保护罩。

5) 在使用过程中,严禁剧烈碰撞、抛甩、浸水、封堵进气孔及往进气孔塞入异物,禁止向进气孔吹气。

6) 灯房工作人员应经常用毛刷等工具清除报警器进气孔及防尘网的灰尘,以保证其畅通有效。

7) 从初充电到日常充电,均必须将报警器进气孔用堵盖盖好,以免充电时酸性气体进入报警块腐蚀元器件。

5 报警灯使用效果

报警灯虽然价格上稍微贵了一点,但重量、携带(上接第12页)的影响出现了第三个峰值。该现象说明,回采工作对巷道的顶部产生影响,呈现周期来压现象,掘进施工同样也使巷道产生周期来压现象;而且,掘进周期来压步距基本与同煤层回采工作的周期来压步距是一致的。

参考文献

[1] 钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭

工业出版社,1984.

[2] 赵海云,侯朝炯,张少华.全长测力锚杆的标定与特性

分析[J].中国矿业大学学报,2004(3).

[3] 宋宏伟.非连续岩体中锚杆横向作用的新研究[J].

中国矿业大学学报,2003(4).

[4] 高 磊.矿山岩石力学[M].北京:机械工业出版社,

1987.

[责任编辑:张雪松]

5 结 语

不同应力条件下围岩应力的释放有差异,决定了锚杆支护设计的动态性。相同煤岩性条件下矿压

显现的规律性,决定了锚杆支护巷道选择二次支护的合理时间。通过对观测参数的分析判断,为巷道的锚杆设计、施工、矿压观测等提供了比较准确的理论依据,对安全生产具有积极作用。

LawsofMiningPressureRevelationintheBoltingTunnels

LIShu kui,PENGDan ren

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(1.AnhuiUniversityofTechnology,Huainan 232001,China;2.ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou 221008,China)Abstract:BoltingonT2291workingfaceofNO.9coalseaminTangshanminingarea,andtheobservationoftheminingpressureofall

tunnelsshowthedifferenceoftunnelstressindifferentplacesofthesamecoalseamandthedifferenceofcountryrockdeformationintheplaceswithdifferentcoalrockstrengthunderthesametunnelstress.Throughanalysis,wegettheresultsofcountryrockdeforma tionandtheanchorbearingpressureofboltingtunnelsinNO.9coalseamandthelawsofminingpressurerevelation,putforwardguid ingviewsindesignandconstructionofboltingtunnels.Keywords:bolting;miningpressurerevelation;countryrockdeformation

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