专业类别

采掘开

编   号

02

项目名称

掘进工作面锚网索加套矿工钢支护项目

项目起止时间

2021.03-07

项目完成单位

山西古交西山义城煤业公司生产技术科

主要协作单位

古交煤焦公司生产部

主要完成人

孟宪帅      武秀奎

技术水平

知识产权

获奖情况

申报奖励等级

批准奖励等级

申报单位意见

                   （盖章）

申报单位

联系人

姓   名

孟宪帅

电子邮箱

办公电话

移动电话

一、成果推广背景

山西古交西山义城煤业有限公司属整合矿井，地处西山煤田西北边缘地带，矿井地质条件中等，地质构造较发育，断层多，地表煤层出露，历史上多被小窑开采，破坏严重，采空区老空巷多，积水积气情况复杂。造成井巷工程施工难度大，巷道断面、支护形式、长度变化较大，变更较多，采掘衔接一直紧张。如何能根据顶板变化情况，更好地保证顶板安全，并且尽量加快掘进速度，一直是困扰该煤矿安全生产工作的重要问题。

我矿19203皮带顺槽掘进工作面，顶板较软易风化离层，原来针对此顶底板情况，采用锚网索加套U型钢拱架的联合支护形式，每架拱架成本4200元，而且加套拱架工序复杂，一个工作日施工1-2排，掘进进度慢。为了在保证顶板安全情况下，能缩减支护材料成本及提高掘进进度，生产技术科孟宪帅同志在煤焦公司生产部的协助下，经过理论验证和工作面实际应用相结合的方法，研究出锚网索加套11#矿工钢的科研成果。

二、详细技术内容    

1、19203皮带顺槽掘进工作面概况及顶底板情况

（1）、19203工作面整体呈单斜构造，局部有次一级小的褶曲构造。煤层总体走向为北东，倾向东南、倾角平均14°左右。掘进为上山作业，据掘进中揭露本面顶板与煤层节理较发育，对掘进影响程度较大。

（2）、区域内奥灰水位约为906m，而据煤层底板等高线图，工作面内8号煤层最低底板标高为1060m，井田内煤层底板高于奥灰水位，不存在带压开采问题。

太原组灰岩、砂岩裂隙含水层对矿坑充水影响较小，局部含水。位于8号煤顶板之上11米的K2灰岩标志层在本区厚度为1.32-3.40米，在北部较发育，厚度与裂隙度明显，富水性中等。

（3）、据地面电法勘探成果，轨道顺槽200-240米段会穿越一低阻区，该低阻区为地面综合电法物探低阻区，掘进时严格按“三线”规定进行探水施工。老（采）空积水是本工作面最主要的水害威胁， 2+3、4号煤层为采空破坏区，与8号煤层间距80米；对本工作面掘进无影响。回采前严格执行物探先行、钻探验证规定，进行探放水作业。工作面内8号煤层局部采空，对掘进影响较大。巷道掘进施工中应充分考虑8号煤采空区的积水。轨道顺槽开口施工88米、皮带顺槽开口施工100米后将分别进入探水线，施工中严格执行《飞禽走兽老虎机：煤矿老空水害防治工作规定》。

2、解决管理顶板较软易风化离层问题的加强支护对策

（1）采用加强支护的方法

探索性提出采用锚网索加11#矿工钢联合支护的方法，顶板采用四根锚索加11#矿工钢挂网联合支护，两帮仍采用锚杆挂网支护。锚索间排距为1000*1000mm，锚杆间排距为1000*1000mm。

（2）支护参数验算

a、  锚杆支护参数计算

锚杆长度计算：L=KH+L₁+L₂

    式中：L-锚杆长度；

          K-安全系数，取2；

          H-冒落拱高度，m；

          L₁-锚杆锚入稳定岩层的厚度，取0.5m；

          L₂-锚杆外露长度,取0.1m。

    其中：H=B/2f=4/（2×4）=0.5m

          B-巷道掘进跨度，取4.0m；

          f-普氏岩石坚固性系数，取4。

    则：L=2×0.5+0.5+0.1=1.6m，

    计算得数为1.6m，所以锚杆的长度取2.2m可满足要求。

    锚杆直径的确定：（巷道断面按4.0m计算）

    根据材料力学计算锚杆直径为：

    式中：D-锚杆直径，mm；

          P-锚杆截面载荷，取70KN；

          J_b-螺纹钢锚杆屈服点，取380MPa。

    通过计算得数为15.319mm，所以锚杆的直径取20mm可满足要求。

   锚杆间、排距计算：

 式中：a-锚杆间、排距，m;

          取k=6；

          Q-锚杆设计锚固力，Q=85KN；

         γ-被悬吊砂质泥岩的重力密度，取24KN/m³。

    通过计算得数为1.08m，所以锚杆间距取1.0m锚杆排距取1m，可满足支护要求。

b、 锚索支护参数计算

    锚索长度计算：(锚索直径按17.8的计算）

    L=L_a+L_b+L_c+L_d=1.575+2+0.1+0.3=3.975m

    式中：L-锚索长度，m；

          L_a-锚索锚入到较稳定岩层的锚固长度，1.575m；

          L_b-需要悬挂的不稳定岩层厚度，取2m；

          L_c-上托盘及锚具的厚度，取0.1m；

          L_d-锚索外露长度，取0.3m。

    按GBJ213-90要求，锚索锚固长度L_a按下式确定：

    L_a≥K（d₁f_a/4f_c)≥2×(17.8×1770÷4÷10)=1.575m

    式中：K-安全系数，取2；

          d₁-锚索钢绞线直径，17.8mm；

          f_a-钢绞线抗拉强度，取1770 n/mm²；

          f_c-锚索与锚固剂的粘合强度，取10 n/mm²。

    通过计算得数为3.975m，所以施工时取6.3m锚索完全可以达到要求。

（3）应用此方法后顶板监测数据分析

      19203皮带巷在开口处及巷道内每50米设置一组顶板离层仪和锚索压力表，通过从安装到现在超过5个月的连续观测，顶板离层量各点均低于1mm，锚索压力表读数均达标，符合顶板管理的要求。

三、主要创新点

以往针对破碎易风化顶板我矿采用锚网索加套U型钢拱架的联合支护形式，每架拱架成本3250元，而且加套拱架工序复杂，一个工作日施工1-2排，掘进进度慢。为了在保证顶板安全情况下，能缩减支护材料成本及提高掘进进度，研究出锚网索加套11#矿工钢的科研成果，并通过理论验证。在19203皮带顺槽工作面应用后取得良好效果。

四、社会、经济效益

山西古交西山义城煤业有限公司属整合矿井，地处西山煤田西北边缘地带，矿井地质条件中等，地质构造较发育，断层多，地表煤层出露，历史上多被小窑开采，破坏严重，采空区老空巷多，积水积气情况复杂。造成我矿井巷工程施工难度大，巷道断面、支护形式、长度变化较大，变更较多，采掘衔接一直紧张。面对易风化破碎顶板在保障顶板安全的前提下，如何更好地加快掘进速度，形成综采工作面，一直是困扰我矿安全生产工作的重要问题。

采用本科研成果后，按照每米减少使用一架U型钢拱架计算，19203皮带顺槽共需使用220米，可节省资金66万元。不仅在19203皮带顺槽应用效果良好，顶板管理达到了安全生产标准化要求，而且计划推广应用到19203轨道顺槽。

五、推广应用情况及前景

此项成果除了在19203皮带顺槽工作面成功应用外，下一步计划推广应用到随后的19203轨道工作面施工中。使19203工作面及时形成，大大缩短工期，为19203工作面顺利回采打下良好的基础。

此项成果将锚网索加套U型钢拱架的联合支护形式，改进为锚网索加11#矿工钢的联合支护方式，能保证支护达标，节省了资金也加快了掘进速度,创造了可观的经济效益和社会效益。