大斷面切巷掘進(jìn)及支護(hù)方法

1、同煤集團(tuán)云岡礦科技成果研究報告機(jī)掘二隊(duì)9科技成果研究報告機(jī)掘二隊(duì)大斷面切巷施工工藝及支護(hù)方法一、立項(xiàng)原因及背景我礦12#層406盤區(qū)8617工作面煤層厚度平均為7.2米，回采工藝為低位放頂煤，綜采二隊(duì)為我礦低位放頂煤隊(duì)組，回采過程中使用的液壓支架型號為：ZF10000/25/38（北京煤機(jī)有限責(zé)任公司），采煤機(jī)型號為：MG650/1630（1510）-WD（上海創(chuàng)立集團(tuán)股份有限公司）。因?yàn)樵O(shè)備型號較大，為穩(wěn)裝設(shè)備，需掘進(jìn)大斷面切巷，云岡礦機(jī)掘二隊(duì)負(fù)責(zé)掘進(jìn)施工，設(shè)計(jì)斷面寬X高=8.8X3.5m;巷道設(shè)計(jì)長度為165m,尾部有30米采煤機(jī)碉室，碉室寬X高=10X3.5m（向采煤幫擴(kuò)幫1.2m）。根

2、據(jù)12#層406盤區(qū)8617工作面掘進(jìn)地質(zhì)說明書，所掘進(jìn)巷道煤層頂、底板情況如下：表1煤層頂?shù)装迩闆r表頂、底板名稱巖石名稱厚度（m）巖性描述老頂直接頂中細(xì)粒砂巖與砂質(zhì)頁巖互層24.34-31.13平均26.73工作面的北部以淺灰白色細(xì)砂巖為主；中部以灰色的細(xì)砂石與砂質(zhì)頁巖互層為主；南部以細(xì)砂巖和含礫粗粒砂巖為主。直接底粉細(xì)砂巖互層8.4-14.48平均11.44工作面的北部以灰白色細(xì)粒砂巖為主；中部以中-細(xì)粒砂巖為主；南部以灰白色粉細(xì)砂巖互層為主。老底切巷施工所使用的機(jī)組為上海創(chuàng)立EBZ-220機(jī)組，由于切巷較寬，一次性成巷的難度增加；另由于切巷寬度為我礦厚煤層切巷最寬的，壓力增大，所需支護(hù)的

3、設(shè)計(jì)需嚴(yán)謹(jǐn)并達(dá)到計(jì)算要求。綜上所述，為解決面臨的困難，針對以上遇到的生產(chǎn)難題，設(shè)計(jì)出以下生產(chǎn)方法。二、革新內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)1、革新內(nèi)容：一、掘進(jìn)方法：切巷機(jī)窩的掘進(jìn)方法，具體內(nèi)容為：在順梢到位拐切巷時先使用炮掘開口，炮掘時，先放炮施工切巷的左半面，每茬放炮距離不得超過1m,待支護(hù)完全后，再放炮施工切巷的右半面并支護(hù)完全，每茬放炮距離不得超過1m,待掘夠11-12m時，把掘進(jìn)機(jī)開進(jìn)機(jī)窩內(nèi)，然后延伸順梢皮帶尾至切巷口，待皮帶尾固定好后，在皮帶尾滑道靠近切巷一側(cè)，用道木打一個寬2-2.5m的長1-1.5m的木垛，靠近皮帶尾處與皮帶尾同高，垛子面用把釘把廢舊皮帶釘牢，保證垛子穩(wěn)固，在垛子周圍留一定量的浮煤

4、，確保垛子面平整，同時在掘進(jìn)機(jī)中心梢部固定一根鋼絲繩用來固定耙斗，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)切割落煤后由中心梢出在機(jī)后，同時啟動耙斗機(jī)隨著掘進(jìn)機(jī)尾的擺動由耙斗機(jī)把掘進(jìn)機(jī)機(jī)后煤直接出到順梢皮帶上，直至掘夠25-30m后，穩(wěn)裝皮帶頭、跟機(jī)滑道、轉(zhuǎn)載機(jī)，在穩(wěn)裝的同時清理木垛周圍浮煤。（見示意圖1）掘進(jìn)機(jī)尾帶皮圖1切巷正巷掘進(jìn)方法為：機(jī)掘切巷左半面5m寬度，空頂距離不得超過1米，待支護(hù)完全后，再掘進(jìn)切巷右半面3.8m寬度，空頂距離不得超過1米。（見示意圖2）圖2二、支護(hù)設(shè)計(jì)前135米切巷，即8.8米寬切巷的支護(hù)設(shè)計(jì):1、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)（1）按錨桿懸吊作用計(jì)算錨桿長度L:L=li+l2+I3式中：li錨桿外露長度，考慮W型

5、鋼帶、墊片支護(hù)，li取50mm,I2一易碎直接頂厚度，12取550mmo13深入穩(wěn)定巖層長度，按錨固粘結(jié)力（兀drcI3）等于桿體屈服或d22/口兒一小生拉斷承載力（42）而得的公式估算：d_18618.7513=4c=45=557mm式中:d錨桿直徑，18mm；(72一桿體材料的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，。18螺紋鋼錨桿設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度為618.75Mpa。八一錨桿與樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度，螺紋鋼取5.0Mpa。錨桿長度確定為L=li+l2+l3=60+550+557=1167mm,所以采用1700加的螺紋鋼錨桿。(2)按錨桿桿體承載力與等抗拉拔力強(qiáng)度原則確定錨桿直徑d2錨桿錨固力Q等于錨桿桿體承載力巳P=Tdt,

6、由P=Q得:Qd 1 .13式中：Q錨桿錨固力即抗拉拔力，取8.67t相當(dāng)于85000N;。t錨桿桿體材料的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，按普通低碳鋼抗拉強(qiáng)度取值420Mpa。Q85000d1.131.13.60.01608m16.08mmt420106錨桿直徑選擇為18mm大于16.08mm,可滿足支護(hù)需要依據(jù)以上計(jì)算，選用©18X1700mm的螺紋鋼錨桿。(3)頂板錨桿間排距計(jì)算：:QKH民一錨桿間、排距，m;Q一錨桿錨固力即抗拉拔力，取8.67t相當(dāng)于85000N;K錨桿支護(hù)安全系數(shù)，取2噸/立方米;Y 巖體重力密度,KN/m3,取 1.3KN/m3;H一軟弱巖層厚度,H=B/2f , B=巷

7、道跨度，£=圍巖普氏系數(shù)，取3,H=1.47m85 2131 .471.5 m故根據(jù)計(jì)算得知，錨桿間、排距最大不得超過1.5m(4)以上計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，通過以下公式進(jìn)行驗(yàn)算:(a)每根錨桿的支護(hù)面積：S支=LXD=0.95X1.0=0.95平方米L、D-錨桿排、間距(b)每根錨桿支護(hù)的重量Q支=$支><HXRXK=0.95X1.65X1.3X2=4.1噸H-錨桿支護(hù)長度1.65米K-錨桿支護(hù)安全系數(shù)，取2噸/立方米R-煤的容重取1.3噸/立方米(c)由于錨桿的錨固力Q=8.67噸/根故、=8.67噸、支(d)單位面積支護(hù)能力P=1/S支=1.05根/平方米根據(jù)計(jì)算和驗(yàn)算結(jié)

8、果及鄰近巷道施工經(jīng)驗(yàn)，12#層406盤區(qū)8617切巷錨桿排距1.0m,間距0.95m,可以有效控制頂板。錨桿沿巷道中心線布置，即每排9根錨桿，錨桿打設(shè)采用礦用W型鋼帶，為兩根五眼鋼帶，眼距0.95m,兩根鋼帶有一個公用的疊加眼，這樣施工，可以使錨桿+鋼帶的支護(hù)在頂板產(chǎn)生連接作用。2、錨索支護(hù)設(shè)計(jì)(1)錨索長度確定。錨索長度:Ls=Lsi+Ls2+Ls3式中：Ls-錨索長度，m;Lsi-錨索外露長度，取250mm;Ls2-錨索有效長度，巷道煤層最厚處為8600mm，巷道高度3500mm,所以需錨固煤層厚度為5100mm,錨索最少錨固穩(wěn)定巖層800mm,故取5900mm;Ls3-錨索錨固長度，一般

9、取1200mm。則Ls=250+5900+1200=7350mm所以，選擇長度8000mm強(qiáng)力鋼絞線。(2)錨索排距的確定。錨索支護(hù)主要按懸吊理論計(jì)算，巷道基本支護(hù)為錨桿支護(hù)時，且本巷道煤層較厚，冒落方式取最嚴(yán)重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落作為考慮，因?yàn)橄锏厘^桿和角錨桿均沒有錨固在穩(wěn)定巖層中，故錨桿不做考慮，錨索發(fā)揮懸吊作用，忽略巖體粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力的條件下，取垂直方向的平衡，則錨索排距：L2nF2/BHR式中：L2一錨索排距，m;n錨索排數(shù)，取4同煤集團(tuán)云岡礦科技成果研究報告F2一錨索極限承受力，取329.8KN;B一巷道冒落寬度，取8.8m;H一巷道冒落高度，取5.1m;R一煤的容重，

10、取13KN/m3。所以L2=(4X329.8)/(8.8X5.1X13)=2.26m所以錨索排距取2m。(3)錨索數(shù)目的確定。N=Kw/P斷式中：N-錨索數(shù)目K-安全系數(shù)，一般取2P斷-錨索的最低破斷力，約329.8KNW-被懸吊巖層自重，KNW=B-Eh-Er-DB-巷道掘進(jìn)寬度8.8米2h-懸吊的巖層厚度，h=B+2f,其中f-普氏硬度系數(shù)，取3.Er-懸吊的巖層的平均容重約13KN/m3D-錨索排距2.0米N=Kw/P斷=(2X8.8X1.47X13X2)/329.8=2.04根據(jù)結(jié)果得出，每米巷道錨索數(shù)目為2根。從以上計(jì)算結(jié)果與12#層406盤區(qū)8617切巷掘進(jìn)地質(zhì)說明書分析，選擇8m

11、的錨索支護(hù)，錨索規(guī)格為爐17.8mm,保證錨索錨固在老頂穩(wěn)定巖層中，達(dá)到有效控制頂板。根據(jù)我礦的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果確定，12#層406盤區(qū)8617切巷錨索排距2m,每排4根錨索，間距2000,沿巷道中心線布置錨索。錨索支護(hù)采用3m長11#礦用工字鋼，鋼梁眼距2m。即每2m打設(shè)兩根兩眼鋼梁。3、錨索組及帶帽點(diǎn)柱的設(shè)計(jì)錨索組：切巷寬度大，頂板支護(hù)的難度大。為更好的維護(hù)頂板，使巷道掘進(jìn)工作安全完成，故增加錨索組支護(hù)，即從切巷開口到切巷尾，在巷道頂板中間打設(shè)一排錨索組，錨索組托板為10mm厚鋼板，長500mm,寬300mm,每個錨索組為兩眼，眼距300mm,打設(shè)兩根10米鋼絞線，錨索規(guī)格為爐17.8m

12、m,組距4米，布置在兩排錨索中間；帶帽點(diǎn)柱：為更直觀的觀測頂板情況，在巷道中心位置支設(shè)一排帶帽點(diǎn)柱，柱距4m，布置在兩排錨索中間。點(diǎn)柱位置與錨索組位置交錯排列。垂直底板打帶帽點(diǎn)柱，柱根要支在硬底上。4、護(hù)幫設(shè)計(jì)采煤幫采用可回收錨桿（水泥托板）掛塑料網(wǎng)，古塘幫采用普通圓鋼錨桿（水泥托板）掛塑料網(wǎng)，巷道從頂板往下0.5米開始，由上向下打二排錨桿，錨桿排距1.1米，間距1.4米。（見下意圖3、4）8617切巷頂板支護(hù)平面示意圖00000000000o0000000000錨索組1:100鋼板厚10mm索五孔鋼帶長4200錨索梁長4200. "cODO巷中水泥托板塑料網(wǎng)、錨索組M7.8 X 1

13、0000排距4000螺紋鋼錨桿 .8 X 1700 排距1000古 塘 幫17.8 X8000排距2000P*可回收錨桿 .18 X1700 排距1100長 3000五孔鋼帶采 I煤 幫品 _fc-l普通圓鋼錨桿；18 X1700排距1100帶帽點(diǎn)柱柱距4000尾部30米采煤機(jī)碉室，即10米寬切巷的支護(hù)設(shè)計(jì):1、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法與切巷正巷錨桿計(jì)算方式相同，得出以下結(jié)論:錨桿排距1.0m,間距0.95m。采煤機(jī)碉室中，錨桿沿巷道中心線布置，每排10根錨桿，錨桿打設(shè)采用礦用W型鋼帶，為兩根四眼鋼帶和一根三眼鋼帶，眼距0.95m,三根鋼帶互相疊加一個眼使用，形成十眼鋼帶效果，這樣施工，可以使

14、錨桿+鋼帶的支護(hù)在頂板產(chǎn)生連接作用2、錨索支護(hù)設(shè)計(jì)仍然同以上錨索支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算，得出如下結(jié)論：根據(jù)結(jié)果得出，采煤機(jī)碉室中，每米巷道錨索數(shù)目為2.5根選擇8m的錨索支護(hù)，錨索規(guī)格為爐17.8mm,保證錨索錨固在老頂穩(wěn)定巖層中，達(dá)到有效控制頂板。8617切巷采煤機(jī)碉室中錨索排距2m,每排5根錨索，錨索間距16002000mm,1600mm為三眼工字鋼眼距，2000mm為兩眼工字鋼眼距，沿巷道中心線布置錨索。采煤機(jī)碉室中錨索支護(hù)采用的鋼梁型號為：3m長兩眼工字鋼、3.8m長三眼工字鋼。3、錨索組及帶帽點(diǎn)柱的設(shè)計(jì)采煤機(jī)碉室中錨索組及帶帽點(diǎn)柱設(shè)計(jì)與正巷相同。4、護(hù)幫設(shè)計(jì)護(hù)幫設(shè)計(jì)與正巷相同（見示意圖5）機(jī)掘

15、二隊(duì)17采煤機(jī)碉室17.8 X8000三眼錨索梁4四孔鋼帶長3200卜叫一采普通圓鋼錨桿可回收錨桿擴(kuò)者:幫中塑料網(wǎng)塑料網(wǎng)18 X1700排距1100.18 X1700排距1100三孔鋼帶長2300四孔鋼帶長3200幫IV.帶帽點(diǎn)柱柱距4000； 處 水泥托板,螺紋鋼錨桿18 X1700 排距1000錨索組17.8 X 10000 排距4000311口口圖5三、應(yīng)用情況我隊(duì)使用這種方法掘進(jìn)了12#層406盤區(qū)8617切卷，效果良好，不僅大大的提高了掘進(jìn)速度，降低了員工的勞動強(qiáng)度，而且減少了頂板壓力所帶來的安全隱患，能夠很好的掌握巷道成型，很好的進(jìn)行巷道支護(hù)，減少了材料費(fèi)用的投入，同時能夠保質(zhì)保量

16、的完成礦下達(dá)的掘進(jìn)任務(wù)，緩解了礦采掘銜接的緊張局面。使用此方法掘進(jìn)了12#層406盤區(qū)8617切巷后，我礦繼續(xù)應(yīng)用此方法掘進(jìn)了12#層406盤區(qū)8623切巷；12#層406盤區(qū)8625切巷，巷道成型良好，頂板及兩幫的維護(hù)良好，能夠?yàn)槲业V及相似礦井綜采工作面切巷掘進(jìn)提供經(jīng)驗(yàn)和幫助。四、存在的問題及推廣前景在機(jī)窩掘進(jìn)過程中，在皮帶尾、滑道、木垛周圍，存有一定量的浮煤，但不影響掘進(jìn)速度。支護(hù)作業(yè)過程繁瑣，需加強(qiáng)工人及現(xiàn)場跟班干部的貫徹學(xué)習(xí)，保證每根錨桿、每根錨索的預(yù)緊力及錨固力達(dá)到規(guī)程規(guī)定。該掘進(jìn)法可廣泛應(yīng)用于大功率機(jī)組掘進(jìn)大寬度切巷，既保證施工質(zhì)量和支護(hù)質(zhì)量，為綜采設(shè)備的穩(wěn)裝提供安全保障，也保證了施工速度，緩解了礦采掘銜接的緊張局面，進(jìn)而順利穩(wěn)裝準(zhǔn)備和回采，對于云崗礦安全和經(jīng)濟(jì)社會效益意義重大。五、經(jīng)濟(jì)社會效益（一）經(jīng)濟(jì)效益1 .單進(jìn)提高：單進(jìn)水平較大幅度提高，平均日進(jìn)尺能達(dá)到6米，做到了用一個月時間完成一