煤业巷道支护参数优化

来源：职称阁分类：农业论文时间：2020-12-09 09:34热度：

　　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。

煤业巷道支护参数优化

　　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。

　　参考文献：

　　［1］张科，王高峰.大断面全煤回采巷道支护优化［J］.煤，2019，28(9)：21-24.

　　［2］杨晓杰，宋志刚，赵东东，等.软岩巷道支护优化及数值模拟研究［J］.煤炭技术，2019，38(5)：1-4.

　　作者：孙守孝

文章名称：煤业巷道支护参数优化

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