论文部分内容阅读
【摘 要】 晋华宫矿部分巷道中的锚杆支护强度过大,造成材料浪费与成本升高等问题。本文以晋华宫矿307西翼盘区皮带巷为对象,通过对其支護方案前后的矿压显现特征进行系统研究,发现采用优化后的支护方案时,巷道围岩表面移进量、顶板离层与锚杆索受力等基本无变化。说明该皮带巷的顶锚杆排距可由1000mm增至1200mm,帮锚杆排距由1500mm增至2000mm,并且可节约支护成本149995元。研究成果可对相似条件下的巷道支护参数的选取具有借鉴意义。
【关键词】 晋华宫矿;支护优化;顶板离层;锚杆受力;表面收敛
【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102(2019)04-0023-03 开放科学(资源服务)标识码(OSID):
近年来,锚杆支护技术在煤矿中应用广泛。但是很多煤矿在支护参数的选取上多是照猫画虎,选取不合理,从而出现两种情况:一种是支护参数提供的强度不够,造成顶板出现网兜或离层,导致冒顶或片帮等事故;另一种是支护强度过高而引起的“大牛拉小车”的现象,即不能充分发挥锚杆作用,造成材料浪费和成本升高等问题。国内外学者的研究多集中在前者,而对后者的研究很少。
本文以晋华宫矿为背景,通过对307西翼皮带巷进行矿压观测,对比分析了支护参数优化前后的锚杆受力、顶板离层与表面收敛等特征的变化,计算了经济效益。研究结果对相似条件下的巷道支护参数的选取具有借鉴意义。
307盘区西翼皮带巷宽5m,高3.3m,断面积16.5m2,巷道位于矿井河北西翼307盘区内,11号煤层赋存稳定,结构简单,煤层南部较薄,北部厚(2.20m~4.55m),平均煤层厚度3.3m,煤层倾角1.5°~4.5°,平均倾角3°,总体为一单斜构造,走向北东,倾向南东。直接顶为炭质泥岩,厚3.3m,老顶为粗砂岩和细砂岩,厚度依次为2.2m和3.3m,直接底为细砂岩,厚8.2m。
1晋华宫矿307西翼盘区皮带巷矿压显现特征
1.1矿压观测方案
对晋华宫矿307西翼盘区皮带巷实施矿压观测,观测内容主要有三个方面:
表面收敛监测:采用十字布点法监测巷道顶底相对位移量和两帮相对位移量,分别在顶底板和两帮的中心用木楔标记个基点。沿着巷道轴向布置两个测站,间距30m。每天记录顶底相对位移量和两帮相对位移量。
顶板离层监测:在巷道中心顶板处安装离层仪,安装时需在钻孔内布置两个测点:顶部离层仪深部测点为8m,浅部测点为2.5m,每天记录巷道顶板离层值和监测时间,顶板离层仪安装钻孔要求30mm。
锚杆锚索测力监测:在巷道顶板中部安装一个测力锚杆,同时在顶板的锚杆(索)位置、两帮的锚杆位置分别安装锚杆(索)测力计,记录整个断面上的锚杆受力情况。
1.2矿压显现特征
从2018年5月9日至2018年5月18日对监测点进行为期10天的矿压监测统计。图1标示出监测的锚杆锚索受力特征、顶板离层情况和表面收敛情况等随时间的变化曲线。
由图1(a)可知,锚杆的受力初始值为1.2t,随着时间的延长锚杆受力缓慢增加,到第六、七天时锚杆受力明显减小至0.82t,之后又缓慢增加至1.55t,并维持不变。锚索的受力初始值为3.1t,随着时间的延长锚索受力缓慢增加至3.4t,然后维持不变。
由图1(b)可知,顶板离层仪的浅部基点基本无离层,而深部基点在第六天时发生离层0.1mm,然后维持不变。
由图1(c)可知,随着时间的延长,皮带巷的围岩变形量逐渐增大,顶底板移进量在第八天时增至11mm,两帮移进量增至8mm。该数据很小,可认为皮带巷的围岩没有变形。
由锚杆索的出厂数据可知,直径18mm的锚杆破断载荷为9.66t,直径15.24mm的锚索破断载荷>24t,结合监测数据可知,锚杆和锚索的受力值不足其破断载荷的20%,受力很小,说明此时的支护方案的设计值过于保守,并且顶板几乎没有离层。因此,完全可以减小顶板的支护强度,这样也可以减少支护成本。
2 307西翼盘区皮带巷支护方案优化
2.1设计依据
由现场矿压监测数据可知,皮带巷围岩的表面变形和深部离层几乎没有,锚杆索受力只有破断载荷的1/5。从井下观察可知,顶板破碎或裂隙较少,两帮煤也比较完整,无片帮。这些现象与数据为皮带巷的支护优化设计奠定了基础。基于监测数据,可适当降低顶板锚杆和两帮的支护强度。
2.2巷道优化支护方案设计
对皮带巷的支护方案作如下调整:顶锚杆的排距由之前的1000mm增至1200mm,间距不变,仍为1000mm;帮锚杆排距由之前的1500mm增至2000mm,间距不变,仍为1300mm。
3优化支护区域矿压显现特征
优化支护段的矿压观测站布置见图2,具体为第一个测站布置在改进支护方案后50m处,第二个测站之间距离为50m。
改进支护段的矿压监测内容仍然是围岩变形量、顶板离层量与锚杆索受力情况。监测日期为2018年6月15日至2018年6月24日,为期10天,每天监测一次。图3示出锚杆索受力、顶板离层与围岩变形等特征随时间变化的曲线。
由图3(a)可知,皮带巷支护优化后顶板的锚杆受力初始值为1.73t,随着时间的延长锚杆受力缓慢增至1.89t,然后保持不变。而优化后的顶板锚索受力初始值为1.98t,随着时间的延长锚索受力缓慢增至2.31t,然后保持不变。皮带巷支护优化后两帮的锚杆受力初始值为0.67t,随着时间的延长逐步增加,至第六、七天时锚杆受力增至1.12t,然后保持不变。
由图3(b)可知,皮带巷浅部和深部的测点离层基本相同,均是安装后的第两天离层值增为2mm,然后保持不变,待第六、七天离层值又增值5mm,然后维持不变。 由图3(c)可知,皮带巷的顶底板移近量变化较大,在2~3天时增至10mm,待6~7天時又增加至30mm,而两帮移进量基本不变。
对比支护方案优化前后皮带巷的矿压显现特征,可知,优化后的锚杆和锚索受力较原支护变化不大,顶板离层值和表面收敛值较原来支护略有增加,但仍属于合理范围,巷道稳定较好。通过反复的矿压观测,最终确定进行优化设计锚杆间排距。
4经济效益及推广应用前景
选取晋华宫矿11#煤层307盘区皮带巷6m范围内的巷道进行统计,分别对比原支护方案和优化支护方案下巷道支护材料的消耗情况。原支护方式为:顶锚杆间排距为1000mm×1000mm;锚索排距为3m,帮锚杆间排距为1300mm×1500mm;优化支护方式为:顶锚杆间排距为1000mm×1200mm;锚索排距为3m,帮锚杆间排距为1300mm×2000mm。
通过统计可知,6m巷道共节省支护材料费用为372元,即每米可节省支护材料费用62元,通过统计7月份机掘一区在11#煤层的支护费用总额是88727元,月进尺为280m,每米支护费用为316.7元。采用优化支护方案后,支护费用可节省19.5%。另外,按煤矿井下打一个锚杆眼人工费包括打钻眼费用和安装锚杆费用,按200元计算,其6米内共省下6个锚杆钻眼,共节省成本1200元。
综上所述,6m巷道共节省综合成本372+1200=1572元,即节省综合支护成本为262元/m。计算得7月份机掘一区在11#煤层的支护费用共计节约成本149995元。
5结论
晋华宫矿部分巷道中的锚杆支护强度过大,造成材料浪费与成本升高等问题。本文以晋华宫矿307西翼盘区皮带巷为对象,通过对其支护方案前后的矿压显现特征进行系统研究,发现采用优化后的支护方案时,巷道围岩表面移进量、顶板离层与锚杆索受力等基本无变化。说明该皮带巷的顶锚杆排距可由1000mm增至1200mm,帮锚杆排距由1500mm增至2000mm,并且可节约支护成本149995元。研究成果可对相似条件下的巷道支护参数的选取具有借鉴意义。
【参考文献】
[1]戴俊,郭相参.煤矿巷道锚杆支护的参数优化[J].岩土力学,2009(S1):140-143.
[2]李大伟,侯朝炯.巷道锚杆支护特性分析与应用[J].煤炭学报,2008(6):613-618.
[3]康红普.我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J].中国矿业大学学报,2016(6):1071-1081.
[4]牛伟峰.预应力锚杆支护技术分析及参数设计[J].山西能源学院学报,2017(4):22-23.
[5]康红普,吴拥政,何杰,付玉凯,等.深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践[J].煤炭学报,2015(10):2225-2233.
[6]牛海萍.超声波检测锚杆锚固质量研究[J].山西能源学院学报,2017(4):24-25.
[7]吴学震,蒋宇静,王刚,等.大变形锚杆支护效应分析[J].岩土工程学报,2016(2):245-252.
【关键词】 晋华宫矿;支护优化;顶板离层;锚杆受力;表面收敛
【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102(2019)04-0023-03 开放科学(资源服务)标识码(OSID):
近年来,锚杆支护技术在煤矿中应用广泛。但是很多煤矿在支护参数的选取上多是照猫画虎,选取不合理,从而出现两种情况:一种是支护参数提供的强度不够,造成顶板出现网兜或离层,导致冒顶或片帮等事故;另一种是支护强度过高而引起的“大牛拉小车”的现象,即不能充分发挥锚杆作用,造成材料浪费和成本升高等问题。国内外学者的研究多集中在前者,而对后者的研究很少。
本文以晋华宫矿为背景,通过对307西翼皮带巷进行矿压观测,对比分析了支护参数优化前后的锚杆受力、顶板离层与表面收敛等特征的变化,计算了经济效益。研究结果对相似条件下的巷道支护参数的选取具有借鉴意义。
307盘区西翼皮带巷宽5m,高3.3m,断面积16.5m2,巷道位于矿井河北西翼307盘区内,11号煤层赋存稳定,结构简单,煤层南部较薄,北部厚(2.20m~4.55m),平均煤层厚度3.3m,煤层倾角1.5°~4.5°,平均倾角3°,总体为一单斜构造,走向北东,倾向南东。直接顶为炭质泥岩,厚3.3m,老顶为粗砂岩和细砂岩,厚度依次为2.2m和3.3m,直接底为细砂岩,厚8.2m。
1晋华宫矿307西翼盘区皮带巷矿压显现特征
1.1矿压观测方案
对晋华宫矿307西翼盘区皮带巷实施矿压观测,观测内容主要有三个方面:
表面收敛监测:采用十字布点法监测巷道顶底相对位移量和两帮相对位移量,分别在顶底板和两帮的中心用木楔标记个基点。沿着巷道轴向布置两个测站,间距30m。每天记录顶底相对位移量和两帮相对位移量。
顶板离层监测:在巷道中心顶板处安装离层仪,安装时需在钻孔内布置两个测点:顶部离层仪深部测点为8m,浅部测点为2.5m,每天记录巷道顶板离层值和监测时间,顶板离层仪安装钻孔要求30mm。
锚杆锚索测力监测:在巷道顶板中部安装一个测力锚杆,同时在顶板的锚杆(索)位置、两帮的锚杆位置分别安装锚杆(索)测力计,记录整个断面上的锚杆受力情况。
1.2矿压显现特征
从2018年5月9日至2018年5月18日对监测点进行为期10天的矿压监测统计。图1标示出监测的锚杆锚索受力特征、顶板离层情况和表面收敛情况等随时间的变化曲线。
由图1(a)可知,锚杆的受力初始值为1.2t,随着时间的延长锚杆受力缓慢增加,到第六、七天时锚杆受力明显减小至0.82t,之后又缓慢增加至1.55t,并维持不变。锚索的受力初始值为3.1t,随着时间的延长锚索受力缓慢增加至3.4t,然后维持不变。
由图1(b)可知,顶板离层仪的浅部基点基本无离层,而深部基点在第六天时发生离层0.1mm,然后维持不变。
由图1(c)可知,随着时间的延长,皮带巷的围岩变形量逐渐增大,顶底板移进量在第八天时增至11mm,两帮移进量增至8mm。该数据很小,可认为皮带巷的围岩没有变形。
由锚杆索的出厂数据可知,直径18mm的锚杆破断载荷为9.66t,直径15.24mm的锚索破断载荷>24t,结合监测数据可知,锚杆和锚索的受力值不足其破断载荷的20%,受力很小,说明此时的支护方案的设计值过于保守,并且顶板几乎没有离层。因此,完全可以减小顶板的支护强度,这样也可以减少支护成本。
2 307西翼盘区皮带巷支护方案优化
2.1设计依据
由现场矿压监测数据可知,皮带巷围岩的表面变形和深部离层几乎没有,锚杆索受力只有破断载荷的1/5。从井下观察可知,顶板破碎或裂隙较少,两帮煤也比较完整,无片帮。这些现象与数据为皮带巷的支护优化设计奠定了基础。基于监测数据,可适当降低顶板锚杆和两帮的支护强度。
2.2巷道优化支护方案设计
对皮带巷的支护方案作如下调整:顶锚杆的排距由之前的1000mm增至1200mm,间距不变,仍为1000mm;帮锚杆排距由之前的1500mm增至2000mm,间距不变,仍为1300mm。
3优化支护区域矿压显现特征
优化支护段的矿压观测站布置见图2,具体为第一个测站布置在改进支护方案后50m处,第二个测站之间距离为50m。
改进支护段的矿压监测内容仍然是围岩变形量、顶板离层量与锚杆索受力情况。监测日期为2018年6月15日至2018年6月24日,为期10天,每天监测一次。图3示出锚杆索受力、顶板离层与围岩变形等特征随时间变化的曲线。
由图3(a)可知,皮带巷支护优化后顶板的锚杆受力初始值为1.73t,随着时间的延长锚杆受力缓慢增至1.89t,然后保持不变。而优化后的顶板锚索受力初始值为1.98t,随着时间的延长锚索受力缓慢增至2.31t,然后保持不变。皮带巷支护优化后两帮的锚杆受力初始值为0.67t,随着时间的延长逐步增加,至第六、七天时锚杆受力增至1.12t,然后保持不变。
由图3(b)可知,皮带巷浅部和深部的测点离层基本相同,均是安装后的第两天离层值增为2mm,然后保持不变,待第六、七天离层值又增值5mm,然后维持不变。 由图3(c)可知,皮带巷的顶底板移近量变化较大,在2~3天时增至10mm,待6~7天時又增加至30mm,而两帮移进量基本不变。
对比支护方案优化前后皮带巷的矿压显现特征,可知,优化后的锚杆和锚索受力较原支护变化不大,顶板离层值和表面收敛值较原来支护略有增加,但仍属于合理范围,巷道稳定较好。通过反复的矿压观测,最终确定进行优化设计锚杆间排距。
4经济效益及推广应用前景
选取晋华宫矿11#煤层307盘区皮带巷6m范围内的巷道进行统计,分别对比原支护方案和优化支护方案下巷道支护材料的消耗情况。原支护方式为:顶锚杆间排距为1000mm×1000mm;锚索排距为3m,帮锚杆间排距为1300mm×1500mm;优化支护方式为:顶锚杆间排距为1000mm×1200mm;锚索排距为3m,帮锚杆间排距为1300mm×2000mm。
通过统计可知,6m巷道共节省支护材料费用为372元,即每米可节省支护材料费用62元,通过统计7月份机掘一区在11#煤层的支护费用总额是88727元,月进尺为280m,每米支护费用为316.7元。采用优化支护方案后,支护费用可节省19.5%。另外,按煤矿井下打一个锚杆眼人工费包括打钻眼费用和安装锚杆费用,按200元计算,其6米内共省下6个锚杆钻眼,共节省成本1200元。
综上所述,6m巷道共节省综合成本372+1200=1572元,即节省综合支护成本为262元/m。计算得7月份机掘一区在11#煤层的支护费用共计节约成本149995元。
5结论
晋华宫矿部分巷道中的锚杆支护强度过大,造成材料浪费与成本升高等问题。本文以晋华宫矿307西翼盘区皮带巷为对象,通过对其支护方案前后的矿压显现特征进行系统研究,发现采用优化后的支护方案时,巷道围岩表面移进量、顶板离层与锚杆索受力等基本无变化。说明该皮带巷的顶锚杆排距可由1000mm增至1200mm,帮锚杆排距由1500mm增至2000mm,并且可节约支护成本149995元。研究成果可对相似条件下的巷道支护参数的选取具有借鉴意义。
【参考文献】
[1]戴俊,郭相参.煤矿巷道锚杆支护的参数优化[J].岩土力学,2009(S1):140-143.
[2]李大伟,侯朝炯.巷道锚杆支护特性分析与应用[J].煤炭学报,2008(6):613-618.
[3]康红普.我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J].中国矿业大学学报,2016(6):1071-1081.
[4]牛伟峰.预应力锚杆支护技术分析及参数设计[J].山西能源学院学报,2017(4):22-23.
[5]康红普,吴拥政,何杰,付玉凯,等.深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践[J].煤炭学报,2015(10):2225-2233.
[6]牛海萍.超声波检测锚杆锚固质量研究[J].山西能源学院学报,2017(4):24-25.
[7]吴学震,蒋宇静,王刚,等.大变形锚杆支护效应分析[J].岩土工程学报,2016(2):245-252.