文章編號: 103-5923<2003201-0049- 02條帶放頂煤開采條帶煤柱支護技術趙忠明',勾攀峰',李德海',王建學?(1. 焦作工學院，河南焦作4540001 2. 堞發(fā)科學研究總院，北京100013)摘霎;本文介紹了在全橋煤礦大面積村莊壓煤的條件下,用條帶救頂煤開采,對保留條帶煤柱迸行錨桿支護。保留條帶煤柱能長期有效的支撐頂板巖層,在全橋煤礦的具體條帶方案實施中,煤炭回收率可達40%~55%,帶來了較好的經濟效益和社會效益。關鍵詞:條帶開采;錨桿支護;煤炭回收率中圖分類號:TD325文獻標識碼:B難)的特點，金橋煤礦--采區(qū)以及金橋煤礦后續(xù)的1概況其它采區(qū)開采技術方案選擇的主要原則應是:村莊金橋井田位于濟寧市金鄉(xiāng)縣城北部,地理坐標不搬遷、地下開采過后地表的移動變形對村莊民房為北緯35*04'08"~ 35*08'45";東經116913'57"~ 的 影響不超過1級破壞、或者采前對村莊民房進行116°22' 30"。井田設計能利用地質儲量A+B+C為支護處理、開采過后土地能繼續(xù)耕種,盡量多的回17523萬t,可采儲量為7619萬t。金橋煤礦礦井設采煤炭資源、采用的開采技術方案便于礦方實施生計生產能力為60萬t,據統(tǒng)計,井田內有村莊74產以及技術經濟效益最優(yōu),保留條帶煤柱能長期有個,居民6921戶,工礦企業(yè)17個。其中影響開采的效的支撐頂板巖層。村莊51個,居民4320戶.工礦企業(yè)9個。村莊壓煤3.2條帶開采方 案的確定面積占井田面積的97%,村莊涉及5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。本次在計算條帶的采寬和留寬時，首先要考慮的是研究設計的是金橋煤礦首采區(qū)，即一采區(qū)的開采技保留煤柱的強度問題。幾十年來,國內外已取得了術方案。采區(qū)地表有南周橋、周橋.旗桿張、袁樓等--定的有關條帶開采的理論成果和實踐經驗,在結4處大的村莊,村莊煤柱已基本上占據了一采區(qū)的合金橋煤礦的實際情況的基礎上,確定采用頂分層80%以上的面積。條帶開采、底分層條帶放頂煤開采的條帶開采方案,該方案的實質是,頂分層條帶開采,底分層條帶2采礦地質條件放頂煤開采,對頂?shù)追謱拥谋Ａ魲l帶煤柱采用錨桿一采區(qū)為金橋礦首采區(qū),南北長約1500m,東進行支護,增加煤柱的穩(wěn)定性。西寬約900 m,不規(guī)則長條形。采區(qū)范圍約有1. 35.采用A.H.威爾遜理論計算條帶煤柱的保留km2.鉆孔揭露的可采煤層為3*煤,煤厚可達6 m。寬度,對金橋礦首采區(qū)煤層平均埋深470 m,煤厚6煤層埋深445~496 m,平均煤層埋深為470 m,煤m,按照A.H.威爾遜理論公式計算的保留條帶煤層傾角3~7°,松散層厚370~400 m。柱的寬度a≥36.2m,由于保留條帶煤柱擬采用錨煤層頂板巖性多為泥巖、粉砂巖.粗砂巖、中砂桿支護,煤柱的穩(wěn)定性及強度增強,此處保留條帶巖、粘土、亞粘土、黃土等。取為36 m。3壓煤開采方案4條帶煤柱支護3.1方 案選擇的主要技術原則采用條帶開采,條帶煤柱的穩(wěn)定性是至關重要根據開采過后地表沉陷量大,地表移動變形范的。為提高煤柱的穩(wěn)定性，-是擴大煤柱的寬度,二.圍大、村莊搬遷困難(搬遷費用高、重建村莊征地中國煤化工收稿日期:2002-05 -21CNMHG作者簡介:趙忠明(1969- ),男.山東龍口人,講師,1993年畢業(yè)于中國”業(yè)入工,規(guī)照下F⊥手院從爭二r木減方面的教學與科研工作。礦山壓力與頂板管理2003. Ne1●49.是對煤柱進行支護。擴大煤性的寬度將降低回采十分有利。率,不利于礦井經濟效益的提高。而對煤柱進行支(4)被錨固巖體強度強化的大小不僅與錨桿護則可以最大限度的提高煤炭回收率。提供的軸力有關,而且與被錨固巖體的C、C”、和4.1 條帶煤柱的基本概況ψ,ψ"有關。在平面應變加載情況下,根據試驗結果根據條帶開采設計,金橋煤礦.采區(qū)條帶開采的回歸分析,可分別得到被錨固巖體的極限強度a的煤柱寬為36 m,厚6 m.分兩次形成,一是開采和殘余強度o'表達式:頂分層,厚度2m。二是開采底分層,厚度2m,并0 =0.4 + 15. 980, + 2Ctan(45° + ψ/2)放頂回收中間分層.最終形成條帶煤柱的寬為36(r = 0.968)m.高為6 m.σ= 0.4+ 26.40, + 2C* tan(45° + ψ/2)4.2 錨桿支護煤柱的機理(r= 0. 967)4.2.1錨桿支護機理 .(5)錨桿支護能夠增加圍壓,改善支護煤體的條帶煤柱在受載條件不同時，強度也是不同應力狀態(tài),因此,錨桿初錨力和支護強度對煤柱的的。為了保持條帶煤柱的穩(wěn)定,必須增加煤柱的圍穩(wěn)定性具有極端的重要性.有了足夠的初錨力才能床從而提高煤柱強度。從圖1可知，當煤柱未安裝發(fā)揮錨桿的主動支護作用。錨桿時，條帶煤柱未受到圍壓(o)，如圖la所示，4.3 錨桿支護設計.當條帶安設錨桿后,被錨固煤體就受到圍壓(o,)的錨桿布置包括錨桿的間排距、角度和數(shù)量等參作用,如圖1b、Ic所示,顯然,圖lc中的a'大于圖數(shù)。一個合理的布置對煤柱支護至關重要。為此，1a中的σ。當條帶兩幫煤體存在塑性區(qū)、破碎區(qū).本設計運用工程類比法并參照目前國內外對煤巷時，其強度為峰后強度和殘余強度,錨桿所提供的錨桿支護的有關研究成果進行的，如圖2所示。圍壓也同樣提高了錨固區(qū)煤體的峰后強度和殘余具體支護參數(shù)為:高強螺紋鋼錨桿,規(guī)格為.強度.而且隨著錨桿支護強度的提高,煤體強度也中20L2500mm,錨桿的間排距均為750mm,樹脂相應增加。加長錨固。鉆孔直徑28 mm,金屬網護幫,金屬網|on規(guī)格為菱形網,網格為50X50mm,鋼筋梯子梁用中20mm圓鋼制,如圖3所示。表1為100m煤柱.所用材料消耗。采空區(qū). 3600-第一次回果50號放煤回采(a)(b)(e第二歡回采圖1錨桿支護機理筑、上750+:750-4.2.2錨桿支護煤體強度強 化理論根據相似材料模擬試驗.理論研究和計算,提出錨桿支護圍巖強度強化理論,其基本內容如下:(1)錨桿和圍巖是相互作用的統(tǒng)一- 體,應將錨固體(即錨桿支護區(qū)域的巖體)看作統(tǒng)-的承載結構來分析;圖2錨桿支護設計(2)錨固體破壞前后的內聚力C、C*、內摩擦L25050750角ψψ°、錨固體極限強度a,殘余強度o*隨錨桿支護強度a,增加而提高,破壞后的C"、ψ"、o"較-破壞前的C、ψ.a提高更顯著:2000(3)破裂巖體中布置的錨桿強化了巖體的a.中國煤化工0°殘余強度σi的強化大于a1的強化,a與o:°示意圖MYHCNMHG(下轉第56頁)的強化比值為1. 06~1.13,這對破裂巖體的穩(wěn)定●50●2003.N91 礦山壓力與項板管理驗和現(xiàn)場礦壓觀測實踐的研究表明,支架最大工作5支架受力特性及其適 應性評價阻力P.為其額定工作阻力的63. 3% ,前立柱最大由于支架頂梁長,頂煤力學狀態(tài)變化大(由整阻力Pm為其額定工作阻力的76. 4%,后立柱最體→松散體+冒落體),頂煤剛度在頂梁前后部有大工作阻力為其額定工作阻力的50. 6%.該架型很大的變化,因此整體頂梁綜采放頂煤支架的受力T.作阻力選定合理。液壓支架整體頂梁有利于支架特性主要表現(xiàn)在支架前后立柱受力的不均衡性,如頂梁上煤(巖)體自梁端向尾部傳遞,縮短了增阻時圖2b、2c。其不均衡性主要表現(xiàn)在以下幾個方面: .間,減少了增阻次數(shù),從而能夠提高支架工作阻力.40000 r的有效度。因此選擇整體頂梁型式支架是正確的。根據放頂煤煤墻側穩(wěn)定、剛度大和采空區(qū)側頂煤松3000,b散、剛度小以及支架前立柱工作阻力大和后立柱工2000作阻力小的受力特點,綜放架型應設計為前立柱工1000作阻力大、后立柱T.作阻力小的架型。5 91115 192125 2931 35 39 436結論a-:支架前后立柱最大工作阻力MPa/架通過在平頂山煤業(yè)集團十三礦綜采放頂煤采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/架煤方法的實踐,可得出以下結論:(1)大傾角(a>25*)煤層應用綜采放頂煤技圖2沿工作面走向的礦壓分布圖術是切實可行的;(I)支架前立柱最大阻力和時間加權平均工(2)大傾角綜采放頂煤液壓支架等設備的選作阻力比支架后立柱大;前立柱平均最大工作阻力型與配套有待進一步探討;Pmm- 1222 kN/架,Pq:= 1054 kN/架,而后立柱(3)大傾角綜采放頂煤的支架受力特點以及.P后m= 808 kN/架.P由一630 kN/架,前后立柱工作礦壓顯現(xiàn)規(guī)律還需要進行觀測分析。阻力的比值為P制m/P■=I.51,P前:/Pm=1. 61.參考文獻:(2)前立柱的工作阻力周期來壓變化不明顯，[1]錢鳴高,繆協(xié)興. 采場日山壓力理論研究的新進展[J]礦山其來壓動載系數(shù)為1.33;后立柱工作阻力周期來[2] 吳志剛， 張頂立.綜采放頂煤工作菌曠H疑現(xiàn)規(guī)律的數(shù)值模出力與頂板管理,1996,(2);18- 20.壓變化明顯,其來壓動載因數(shù)為1. 74。擬研究[].河北建筑科技學院學報1994,11(1):34- 39(3)支架增阻主要為一次性增阻,但前立柱比.[3] 張開智,劉義學。 敢頂煤工作面合理支護強度探討[J].山東后立柱增阻快,前立柱P:/P期m=0.83,后立柱礦業(yè)學院學報,1994,13(3):237 -240.Pe/Pm=0. 78,并且后立柱有時有降阻受拉現(xiàn)[4] 岑傳鴻， 杜計平.龐作會淪綜采(包括放頂煤)支架的工作阻象。力與初撐加[].礦山壓力與頂板管理1995,(3);49 -52.通過ZFS-3200/16/28綜放支架的I業(yè)性試[5] 于海涌.吳鳳東,孟金鎖，等.放頂煤工作面支架受力特征及分析[J].煤炭學報, 1995 ,20(5);463-466.(上接第50頁)表1100 m煤柱支護材料消耗村莊民房進行簡單的支護處理.開采過后土地能繼號材料規(guī)格數(shù)量備注續(xù)耕種,盡量多地回采煤炭資源、采用條帶放頂煤無縱筋螺紋鋼制，.錨扦020L2500 mm 16為成套產晶開采,對保留條帶煤柱進行錨桿支護方案,便于礦2樹脂鋪固劑 K2340 1600方實施生產.保留條櫛煤柱能長期有效的支撐頂板3樹脂錨固劑 2388 1600巖層,煤炭回收率得到了提高,在金橋煤礦的具體鋼筋梯子梁0.08x2m_ 268 020 mm圓鋼制金屬網5X2m 80塊菱形金屬網條帶方案實施中,煤炭回收率可達40% ~55%,帶來了較好的經濟效益和社會效益。5結語凈鷹始.籌礦山開夾沉陷學[M].徐州:中國金橋煤礦開采的煤炭資源80%以上都被村莊中國煤化工壓住,在村莊不搬遷、地下開采過后地表的移動變THCNMH G護[M].徐州;中國業(yè)形對村莊民房的影響不超過I級破壞、或者采前對●56● 2003. N21 礦山壓力與項板管理