条带放顶煤开采条带煤柱支护技术

文章编号: 103-5923<2003201-0049- 02条带放顶煤开采条带煤柱支护技术赵忠明',勾攀峰',李德海',王建学?(1. 焦作工学院，河南焦作4540001 2. 堞发科学研究总院，北京100013)摘霎;本文介绍了在全桥煤矿大面积村庄压煤的条件下,用条带救顶煤开采,对保留条带煤柱迸行锚杆支护。保留条带煤柱能长期有效的支撑顶板岩层,在全桥煤矿的具体条带方案实施中,煤炭回收率可达40%~55%,带来了较好的经济效益和社会效益。关键词:条带开采;锚杆支护;煤炭回收率中图分类号:TD325文献标识码:B难)的特点，金桥煤矿--采区以及金桥煤矿后续的1概况其它采区开采技术方案选择的主要原则应是:村庄金桥井田位于济宁市金乡县城北部,地理坐标不搬迁、地下开采过后地表的移动变形对村庄民房为北纬35*04'08"~ 35*08'45";东经116913'57"~ 的 影响不超过1级破坏、或者采前对村庄民房进行116°22' 30"。井田设计能利用地质储量A+B+C为支护处理、开采过后土地能继续耕种,尽量多的回17523万t,可采储量为7619万t。金桥煤矿矿井设采煤炭资源、采用的开采技术方案便于矿方实施生计生产能力为60万t,据统计,井田内有村庄74产以及技术经济效益最优,保留条带煤柱能长期有个,居民6921户,工矿企业17个。其中影响开采的效的支撑顶板岩层。村庄51个,居民4320户.工矿企业9个。村庄压煤3.2条带开采方 案的确定面积占井田面积的97%,村庄涉及5个乡镇。本次在计算条带的采宽和留宽时，首先要考虑的是研究设计的是金桥煤矿首采区，即一采区的开采技保留煤柱的强度问题。几十年来,国内外已取得了术方案。采区地表有南周桥、周桥.旗杆张、袁楼等--定的有关条带开采的理论成果和实践经验,在结4处大的村庄,村庄煤柱已基本上占据了一采区的合金桥煤矿的实际情况的基础上,确定采用顶分层80%以上的面积。条带开采、底分层条带放顶煤开采的条带开采方案,该方案的实质是,顶分层条带开采,底分层条带2采矿地质条件放顶煤开采,对顶底分层的保留条带煤柱采用锚杆一采区为金桥矿首采区,南北长约1500m,东进行支护,增加煤柱的稳定性。西宽约900 m,不规则长条形。采区范围约有1. 35.采用A.H.威尔逊理论计算条带煤柱的保留km2.钻孔揭露的可采煤层为3*煤,煤厚可达6 m。宽度,对金桥矿首采区煤层平均埋深470 m,煤厚6煤层埋深445~496 m,平均煤层埋深为470 m,煤m,按照A.H.威尔逊理论公式计算的保留条带煤层倾角3~7°,松散层厚370~400 m。柱的宽度a≥36.2m,由于保留条带煤柱拟采用锚煤层顶板岩性多为泥岩、粉砂岩.粗砂岩、中砂杆支护,煤柱的稳定性及强度增强,此处保留条带岩、粘土、亚粘土、黄土等。取为36 m。3压煤开采方案4条带煤柱支护3.1方 案选择的主要技术原则采用条带开采,条带煤柱的稳定性是至关重要根据开采过后地表沉陷量大,地表移动变形范的。为提高煤柱的稳定性，-是扩大煤柱的宽度,二.围大、村庄搬迁困难(搬迁费用高、重建村庄征地中国煤化工收稿日期:2002-05 -21CNMHG作者简介:赵忠明(1969- ),男.山东龙口人,讲师,1993年毕业于中国”业入工,规照下F⊥手院从争二r木减方面的教学与科研工作。矿山压力与顶板管理2003. Ne1●49.是对煤柱进行支护。扩大煤性的宽度将降低回采十分有利。率,不利于矿井经济效益的提高。而对煤柱进行支(4)被锚固岩体强度强化的大小不仅与锚杆护则可以最大限度的提高煤炭回收率。提供的轴力有关,而且与被锚固岩体的C、C”、和4.1 条带煤柱的基本概况ψ,ψ"有关。在平面应变加载情况下,根据试验结果根据条带开采设计,金桥煤矿.采区条带开采的回归分析,可分别得到被锚固岩体的极限强度a的煤柱宽为36 m,厚6 m.分两次形成,一是开采和残余强度o'表达式:顶分层,厚度2m。二是开采底分层,厚度2m,并0 =0.4 + 15. 980, + 2Ctan(45° + ψ/2)放顶回收中间分层.最终形成条带煤柱的宽为36(r = 0.968)m.高为6 m.σ= 0.4+ 26.40, + 2C* tan(45° + ψ/2)4.2 锚杆支护煤柱的机理(r= 0. 967)4.2.1锚杆支护机理 .(5)锚杆支护能够增加围压,改善支护煤体的条带煤柱在受载条件不同时，强度也是不同应力状态,因此,锚杆初锚力和支护强度对煤柱的的。为了保持条带煤柱的稳定,必须增加煤柱的围稳定性具有极端的重要性.有了足够的初锚力才能床从而提高煤柱强度。从图1可知，当煤柱未安装发挥锚杆的主动支护作用。锚杆时，条带煤柱未受到围压(o)，如图la所示，4.3 锚杆支护设计.当条带安设锚杆后,被锚固煤体就受到围压(o,)的锚杆布置包括锚杆的间排距、角度和数量等参作用,如图1b、Ic所示,显然,图lc中的a'大于图数。一个合理的布置对煤柱支护至关重要。为此，1a中的σ。当条带两帮煤体存在塑性区、破碎区.本设计运用工程类比法并参照目前国内外对煤巷时，其强度为峰后强度和残余强度,锚杆所提供的锚杆支护的有关研究成果进行的，如图2所示。围压也同样提高了锚固区煤体的峰后强度和残余具体支护参数为:高强螺纹钢锚杆,规格为.强度.而且随着锚杆支护强度的提高,煤体强度也中20L2500mm,锚杆的间排距均为750mm,树脂相应增加。加长锚固。钻孔直径28 mm,金属网护帮,金属网|on规格为菱形网,网格为50X50mm,钢筋梯子梁用中20mm圆钢制,如图3所示。表1为100m煤柱.所用材料消耗。采空区. 3600-第一次回果50号放煤回采(a)(b)(e第二欢回采图1锚杆支护机理筑、上750+:750-4.2.2锚杆支护煤体强度强 化理论根据相似材料模拟试验.理论研究和计算,提出锚杆支护围岩强度强化理论,其基本内容如下:(1)锚杆和围岩是相互作用的统一- 体,应将锚固体(即锚杆支护区域的岩体)看作统-的承载结构来分析;图2锚杆支护设计(2)锚固体破坏前后的内聚力C、C*、内摩擦L25050750角ψψ°、锚固体极限强度a,残余强度o*随锚杆支护强度a,增加而提高,破坏后的C"、ψ"、o"较-破坏前的C、ψ.a提高更显著:2000(3)破裂岩体中布置的锚杆强化了岩体的a.中国煤化工0°残余强度σi的强化大于a1的强化,a与o:°示意图MYHCNMHG(下转第56页)的强化比值为1. 06~1.13,这对破裂岩体的稳定●50●2003.N91 矿山压力与项板管理验和现场矿压观测实践的研究表明,支架最大工作5支架受力特性及其适 应性评价阻力P.为其额定工作阻力的63. 3% ,前立柱最大由于支架顶梁长,顶煤力学状态变化大(由整阻力Pm为其额定工作阻力的76. 4%,后立柱最体→松散体+冒落体),顶煤刚度在顶梁前后部有大工作阻力为其额定工作阻力的50. 6%.该架型很大的变化,因此整体顶梁综采放顶煤支架的受力T.作阻力选定合理。液压支架整体顶梁有利于支架特性主要表现在支架前后立柱受力的不均衡性,如顶梁上煤(岩)体自梁端向尾部传递,缩短了增阻时图2b、2c。其不均衡性主要表现在以下几个方面: .间,减少了增阻次数,从而能够提高支架工作阻力.40000 r的有效度。因此选择整体顶梁型式支架是正确的。根据放顶煤煤墙侧稳定、刚度大和采空区侧顶煤松3000,b散、刚度小以及支架前立柱工作阻力大和后立柱工2000作阻力小的受力特点,综放架型应设计为前立柱工1000作阻力大、后立柱T.作阻力小的架型。5 91115 192125 2931 35 39 436结论a-:支架前后立柱最大工作阻力MPa/架通过在平顶山煤业集团十三矿综采放顶煤采b-支架前立柱最大工作阻力MPa/架c一支架后立柱最大工作阻力MPa/架煤方法的实践,可得出以下结论:(1)大倾角(a>25*)煤层应用综采放顶煤技图2沿工作面走向的矿压分布图术是切实可行的;(I)支架前立柱最大阻力和时间加权平均工(2)大倾角综采放顶煤液压支架等设备的选作阻力比支架后立柱大;前立柱平均最大工作阻力型与配套有待进一步探讨;Pmm- 1222 kN/架,Pq:= 1054 kN/架,而后立柱(3)大倾角综采放顶煤的支架受力特点以及.P后m= 808 kN/架.P由一630 kN/架,前后立柱工作矿压显现规律还需要进行观测分析。阻力的比值为P制m/P■=I.51,P前:/Pm=1. 61.参考文献:(2)前立柱的工作阻力周期来压变化不明显，[1]钱鸣高,缪协兴. 采场日山压力理论研究的新进展[J]矿山其来压动载系数为1.33;后立柱工作阻力周期来[2] 吴志刚， 张顶立.综采放顶煤工作菌旷H疑现规律的数值模出力与顶板管理,1996,(2);18- 20.压变化明显,其来压动载因数为1. 74。拟研究[].河北建筑科技学院学报1994,11(1):34- 39(3)支架增阻主要为一次性增阻,但前立柱比.[3] 张开智,刘义学。 敢顶煤工作面合理支护强度探讨[J].山东后立柱增阻快,前立柱P:/P期m=0.83,后立柱矿业学院学报,1994,13(3):237 -240.Pe/Pm=0. 78,并且后立柱有时有降阻受拉现[4] 岑传鸿， 杜计平.庞作会沦综采(包括放顶煤)支架的工作阻象。力与初撑加[].矿山压力与顶板管理1995,(3);49 -52.通过ZFS-3200/16/28综放支架的I业性试[5] 于海涌.吴凤东,孟金锁，等.放顶煤工作面支架受力特征及分析[J].煤炭学报, 1995 ,20(5);463-466.(上接第50页)表1100 m煤柱支护材料消耗村庄民房进行简单的支护处理.开采过后土地能继号材料规格数量备注续耕种,尽量多地回采煤炭资源、采用条带放顶煤无纵筋螺纹钢制，.锚扦020L2500 mm 16为成套产晶开采,对保留条带煤柱进行锚杆支护方案,便于矿2树脂铺固剂 K2340 1600方实施生产.保留条栉煤柱能长期有效的支撑顶板3树脂锚固剂 2388 1600岩层,煤炭回收率得到了提高,在金桥煤矿的具体钢筋梯子梁0.08x2m_ 268 020 mm圆钢制金属网5X2m 80块菱形金属网条带方案实施中,煤炭回收率可达40% ~55%,带来了较好的经济效益和社会效益。5结语净鹰始.筹矿山开夹沉陷学[M].徐州:中国金桥煤矿开采的煤炭资源80%以上都被村庄中国煤化工压住,在村庄不搬迁、地下开采过后地表的移动变THCNMH G护[M].徐州;中国业形对村庄民房的影响不超过I级破坏、或者采前对●56● 2003. N21 矿山压力与项板管理