王晁煤矿井巷断面选择及支护方式研究

王晁煤矿井巷断面选择及支护方式研究

张艳国 刘伟

枣庄王晁煤矿有限责任公司 山东 枣庄 277500

摘要：开采深度的增加，巷道断面支护经历了由单一型支护技术到联合支护型技术的发展历程。煤矿早期开采阶段几乎全部是以木材作为巷道及采煤工作面的支护材料，随着新型材料的出现，开始采用混凝土或钢筋混凝土砌碹等支护形式，特别是对巷道断面支护方式的选择提出更高的要求。

关键词：巷道断面；支护；方式

引言：为解决围岩巷道断面支护问题，根据巷道实际情况进行分析，通过巷道施工层位和配套综采设备的选择、参数设计，提出高效的开采方案，本文主要根据目前巷道支护的主要方式选择和巷道断面参数的分析，研究巷道断面掘进技术的高效运行，减少工时消耗，提高劳动生产力。

1 巷道断面需要满足的条件

（1）巷道断面形状应根据巷道的用途、围岩条件、矿压特点、服务年限、支护方式、掘进工艺等因素确定，并应符合承压性能好、断面利用率高、掘进与支护费用低、便于施工的要求。

（2）在满足巷道不同使用功能的前提下，宜减少矿井内巷道断面的形式与净断面的尺寸规格。

（3）巷道的净宽和净高宜以100mm为模数进级。

（4）运输巷道的净断面，应按巷道内运行的运输设备及需要运送的最大件的尺寸设计，并应按偶尔运送的最大件尺寸和通风能力校核。回风巷的净断面面积不得小于10m²。无轨运输巷道最小高度除满足行人、通风等要求外，运输设备的顶部距巷道顶板（支护）或管线下缘的距离不得小于0.6m

2 巷断面及支护方式

2.1 巷道断面设计依据及所需要材料

巷道层位的地质资料、巷道使用年限和巷道对通风、排水等方面的要求；巷道设备类型与巷道尺寸结构、巷道内设备和管道技术设计要求等方面资料，根据煤矿相关规定，结合同煤集团王晁矿实际情况，回风巷的设计应根据以下规定进行设计：巷道断面形状应根据巷道的用途、围岩条件、矿压特点、服务年限、支护方式、掘进工艺等因素确定，并应符合承压性能好、断面利用率高、掘进与支护费用低、便于施工的要求。

2.2 巷道断面形状选择原则

巷道断面的选择，对巷道围岩顶板的稳定性要求极为严格，多数采用顶板为矩形或梯形的断面，在满足巷道不同使用功能的前提下，宜减少矿井内巷道断面的形式与净断面的尺寸规格，巷道的净宽和净高宜以100mm为模数进级；巷道断面净面需要满足井下作业人员运输、通风、线路安装等多项工程施工，运输巷道的净高与净宽，应根据巷道中运输设备及所运送的物件的高度与宽度、人行道的高度与宽度、安全间隙、检修与操作空间，以及管线敷设的高度与宽度计算确定。回风巷的净断面面积不得小于10m²。

运输巷道直线段的安全间隙、检修与操作空间必须符合下列的规定：①无轨运输设备与巷道侧帮的支护、管线、设施的安全间隙，600mm。②无轨运输设备与巷道顶部的支护、管线、设施之间的安全间隙，600mm。③无轨运输设备运送的液压支架与巷道顶部的支护、管线、设施之间的安全间隙，300mm。其中运输设备包括设备本身及运送的物件，管线包括管线本身和敷设装置；安全间隙按运输设备、支护结构、管线及其他设施的最突出部分计算。

运输巷道曲线段及与之相连的一定长度的直线段中，运输设备两侧的人行道与安全间隙，应在直线段人行道与安全间隙的基础上加宽。运输巷道曲线段运输设备两侧人行道与安全间隙的设计加宽值

根据上述规定及王晁矿目前实际情况，王晁煤矿某工作面临空侧回风巷断面形状选用矩形巷道。

2.3 巷道道断面参数的选取

（1）巷道净宽与净高

目前王晁矿回采工作面巷道内运行的最大宽度运输设备及需要运送的物件为55t的支架搬运车，宽度为3700mm。

W_巷=W_人+W_max+W_非人+W_变=800+3700+300+200=5000（mm）

式中：W_人-人行道宽度，800mm；W_max-巷道中运输设备及所运送的物件的最大宽度，3700mm；W_非人-非人行侧宽度，300mm；W_变-巷道的支护最大允许宽度变形，200mm。

目前王晁矿回采工作面巷道内运行的最大高度运输设备及需要运送的物件为，高度为2650mm。

H_巷=H_max+H_底+H_安+ H_变=2650+100+300+200=3250（mm）

（2）宽度安全间隙检验：

W_安=W_巷－W_max－W_管=5000-3700-560=740mm

式中：W_安-安全间隙宽度，mm；W_max-巷道中运输设备及所运送的物件的最大宽度，3700mm；W_管-两侧管线边缘分别至两帮的距离，560mm。W_安>600mm，符合规定。

由上述计算及规定，确定净宽为5000，净高为3300mm。

3 巷道主要支护方式分析

3.1 机载前探临时支护

掘进机技术人员在整个支护过程中要具备安全管理意识，掘进机司机要注意折叠缸液压手柄的使用控制方式，要根据主架和顶架的折叠形式进行平稳的操作，当达到合适的角度时可以适当的松开操作手柄；然后在调控升降缸操作手柄使主架升起与顶板达到合理的高度，有利于提高钢带支撑力，当各项部件安装结束后就需要在掘进机机载系统内部打孔、锚固。在打孔、锚固规定后就可以将主架降到最低为止，再折合顶架，直到顶架压到掘进机最上段为止。以上操作流程需要掌握反向拉动多路换向阀的转化形式。在支护作业结束后，要切换到掘进机掘进的油路系统，继续进行流程操作。

3.2 金属支架支护方式

金属支架支护技术主要分刚性支架支护与可缩性支架支护，其中刚性支架允许压缩变形量小，工作阻力随变形量增大而减小，直至破坏而失去工作阻力；可缩性支架允许压缩变形量大，在结构设计压缩范围内，工作阻力随压缩量大而增大，或者恒阻。金属支架支护视支架为支护体，围岩为荷载，其破坏是由于支架上弯曲力矩达到屈服极限的破坏应力所致，同时，由于支架承受侧压力和荷载的不均匀常使支架失去稳定性或可缩性而减弱或失去竖向承载能力。特别是u型钢支架支护由多段弧形构件相互叠置搭接而成，大多支护面呈拱形或环形，主要使用于松软围岩、地压大、底臌严重和两帮位移量大的开拓和采区巷道。

3.3锚杆支护方式

低强度锚杆支护材料已经无法满足高应力巷道支护的要求，必须开发研制新的支护材料才能适应其要求。新开发的锚杆专用钢材可显著提高锚杆强度，其屈服强度和破断强度均较同类型锚杆高出许多，且预应力级别较高，真正实现了高预应力与高强度，以适应高应力巷道围岩变形。除强力锚杆杆体外，还配套开发出高强度螺母、高强度球形托板与球形垫圈，优选了减摩垫圈等附件。打锚杆眼时必须在前探梁或临时支护掩护下操作；在打眼之前，要准确掌握巷道断面规格大小和相关尺寸，严格检测每一道工序，对不符合细节要求的问题要进行统一分析处理，仔细检测顶帮围岩情况，确认安全的前提下才可以开始工作；锚杆眼的安装位置必须要精确，将误差降到最低，锚杆眼深度应与锚杆长度相互协调，要提前在钎子上做好标志，严格按照锚杆长度进行操作打眼，锚杆眼打好后，应及时要眼内的积水和杂物清理干净，根据打眼的顺序由外向里先顶后帮，按照正常顺序依次操作打眼。在锚杆安装前，要明确锚杆安装的细节问题，用压风扫眼器将眼内的岩粉吹扫干净；技术人员要站在眼孔的另外一侧，不能现在眼孔口对准的位置。然后再由短到长的把2根树脂锚固剂送入眼内，把锚杆插入锚杆眼内，使锚杆和锚固剂稳定后，缓慢送入眼底；在锚杆外端头上要套上带有套筒的螺帽，开动锚杆机系统带动杆体旋转将锚杆旋入树脂锚固剂，对锚固剂进行迅速搅拌，要使锚杆达到规定的深度后才停止搅拌，拧紧螺帽给锚杆施加一定预紧力，扭矩力要控制在合理的范围内。

4 结束语

通过对巷道支护方式的分析，工程参数解析，对比不同支护方式形成的效果，根据矿井实际情况，合理选择支护方式，稳定围岩的变形程度，保障企业开采的快速高效。

参考文献：

1. 周琼阳; 朱守颂; 杜厚永; 张宝生; 张哲.高应力软弱岩层巷道施工技术实践.2019(12):12-14

2. 丁张路.矿井大断面巷道快速掘进关键技术分析.2019(10):94-95

3. 仲建平; 冯友良; 何杰.掘采叠加扰动下综放沿空巷道围岩高预应力强力支护技术研究.2019(12):66-71

张艳国，1985年6月出生，男，山东省滕州市，2015年1月毕业于山东科技大学，大专学历。现就职枣庄王晁煤矿有限责任公司。研究方向，采矿工程