1.本發(fā)明涉及煤巷掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法。

背景技術(shù)：

2.為了降低高瓦斯高突出礦井煤巷瓦斯含量，消除突出危險，掩護(hù)煤巷正常掘進(jìn)，掘進(jìn)煤巷前需要預(yù)掘底抽巷，對底抽巷所在煤層進(jìn)行瓦斯抽采。由于底抽巷掘進(jìn)速度較低，會嚴(yán)重影響回采工作面的正常接續(xù)和可持續(xù)生產(chǎn)，一方面是礦井治理礦壓投入人力物力影響，另一方面主要原因是煤巷抽放時間不足、抽放效果差等造成煤巷掘進(jìn)效率低下。

3.因此提高掘進(jìn)效率緩解銜接緊張需要解決的主要問題是瓦斯問題，所以提前施工底抽巷為抽放提供戰(zhàn)場就成了解決問題的關(guān)鍵，而提高底抽巷單進(jìn)水平就成為解決銜接問題的突破點(diǎn)。為了提高底抽巷單進(jìn)水平，需要開展底抽巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究，分析影響底抽巷快速掘進(jìn)的各種因素，優(yōu)化底抽巷支護(hù)設(shè)計，確定合理的支護(hù)參數(shù)，同時改進(jìn)掘進(jìn)工藝和施工工序，對于改善巷道維護(hù)效果，加快巷道掘進(jìn)速度，有效控制巷道圍巖變形破壞，對于緩解礦井采掘銜接緊張，確保礦井安全、高效、可持續(xù)生產(chǎn)具有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。

4.底抽巷掘進(jìn)效率低，導(dǎo)致礦井采掘接續(xù)失調(diào)難題；底抽巷兩幫為砂質(zhì)泥巖，掘進(jìn)期間幫部松動或大面積片幫；割矸期間巷道內(nèi)粉塵大，能見度極低，滯后錨桿支護(hù)時看不清，操作緩慢；底抽巷作為煤巷掘進(jìn)的主戰(zhàn)場，需要多臺普鉆、千米鉆機(jī)在巷道內(nèi)施工鉆孔，受巷道斷面限制，抽放鉆機(jī)占用了軌道空間，造成軌道線路無法延伸至工作面，導(dǎo)致運(yùn)輸困難等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，很好地利用底抽巷頂板為灰?guī)r的地質(zhì)條件，充分利用掘進(jìn)工作面的設(shè)備、時間和空間，將掘進(jìn)各個工序最大限度地實現(xiàn)平行作業(yè)，縮短循環(huán)時間，增加日循環(huán)次數(shù)，極大地提高底抽巷的掘進(jìn)效率。

6.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

7.一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，包括采用理論分析、實驗測試、數(shù)值計算和工程類比法，得出煤礦底抽巷空頂區(qū)頂板與周圍巖體、支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，空頂距離對巷道圍巖應(yīng)力分布及塑性破壞范圍的影響特征，揭示空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性的演化規(guī)律；采用“割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的底抽巷快速掘進(jìn)工藝；根據(jù)底抽巷頂板為灰?guī)r的地質(zhì)條件，調(diào)整底抽巷的作業(yè)工序，使掘進(jìn)各個工序最大限度地實現(xiàn)平行作業(yè)；

8.依據(jù)煤礦底抽巷的地質(zhì)資料，采用flac

3d

數(shù)值模擬軟件，對煤礦底抽巷的支護(hù)設(shè)計方案進(jìn)行數(shù)值模擬計算，分析底抽巷在采取支護(hù)設(shè)計方案后巷道圍巖的應(yīng)力和位移變化情況，檢驗底抽巷的支護(hù)設(shè)計效果；

9.綜合底抽巷圍巖結(jié)構(gòu)、力學(xué)理論分析、工程類比法的經(jīng)驗數(shù)值及計算機(jī)數(shù)值模擬

結(jié)果，確定巷道支護(hù)設(shè)計方案，包括底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計和底抽巷支護(hù)設(shè)計校核；

10.底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計中，采用“錨網(wǎng)+錨索”組合支護(hù)方式，包括巷道頂板支護(hù)參數(shù)設(shè)計和巷道兩幫支護(hù)參數(shù)設(shè)計；

11.巷道頂板支護(hù)參數(shù)設(shè)計中包括以下參數(shù)的確定：錨桿型號和規(guī)格、錨桿配件、錨索型號和規(guī)格、錨索托盤、鋼筋托梁規(guī)格、錨桿的布置、錨索的布置、網(wǎng)片規(guī)格及連接方式、錨固方式；

12.巷道兩幫支護(hù)參數(shù)設(shè)計中包括以下參數(shù)的確定：錨桿型號和規(guī)格、錨桿配件、錨桿的布置、網(wǎng)片規(guī)格及連接方式、錨固方式；

13.底抽巷支護(hù)設(shè)計校核包括錨桿直徑計算、錨桿長度計算、錨桿間排距計算、錨索長度計算以及校核錨索間、排距；

14.錨桿型號和規(guī)格的確定中，錨桿直徑的取值應(yīng)不小于根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》和《煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)》錨桿直徑計算公式得到的數(shù)值，錨桿長度的取值應(yīng)不小于錨桿長度計算公式得到的數(shù)值；

15.錨桿的布置中，錨桿間排距不應(yīng)大于a

1/2

，a為懸頂面積；

16.錨索型號和規(guī)格的確定中，錨索的總長度為錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度、需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度、托板及錨具的厚度與外露張拉長度的總和，其中錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度的取值應(yīng)不小于其中，k為安全系數(shù)，d1為錨索直徑，f

a

為錨索抗拉強(qiáng)度，f

c

為錨索與錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度；

17.錨桿的布置中，錨索間、排距應(yīng)滿足小于g為錨索設(shè)計錨固力，k為安全系數(shù)， l2為錨索有效長度，γ為巖體容重；

18.在底抽巷采用“割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的快速掘進(jìn)工藝，通過實現(xiàn)割矸與支護(hù)平行作業(yè)來增加割矸循環(huán)次數(shù)，達(dá)到提高單進(jìn)水平的效果，快速掘進(jìn)工藝的施工工序為：割矸

→

架棚+錨索永久支護(hù)

→

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿；平行作業(yè)：在二運(yùn)后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

→

回棚；

19.所述快速掘進(jìn)工藝的時間要求為：(1)3小時割2排矸，1.5小時架2架棚，支護(hù)2根錨索、4根錨桿；(2)早班、中班平行進(jìn)行滯后錨桿支護(hù)，每班4排；

20.割矸工序為：進(jìn)刀

→

截割

→

修邊

→

成形；割矸要求為：

①

嚴(yán)格執(zhí)行掘進(jìn)要求；

②

嚴(yán)格控制巷道斷面成型情況，頂板必須為一平面，禁止出現(xiàn)超挖、欠挖現(xiàn)象，重點(diǎn)管理左、右兩頂腳的成型情況；

③

若掘進(jìn)過程中出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、頂板不完整、淋水和受采動影響時，及時采取縮小循環(huán)進(jìn)度，縮小錨桿錨索間排距，進(jìn)行錨桿錨索永久支護(hù)；

21.架棚+錨索永久支護(hù)工序為：返托梁器

→

抬π型梁上托梁器

→

上頂網(wǎng)和鋼帶并與π型梁聯(lián)

→

升托梁器、固定π型梁、上兩側(cè)拉桿

→

π型梁兩端升起單體柱

→

用托梁器臨時支護(hù)升起第二排網(wǎng)片

→

施工頂部兩根錨索

→

放下托梁器臨時支護(hù)

→

鋪設(shè)風(fēng)筒側(cè)幫網(wǎng)

→

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿

→

聯(lián)頂網(wǎng)和幫網(wǎng)；

22.架棚+錨索永久支護(hù)要求為：

①

每次割矸2排，先進(jìn)行架棚支護(hù)，架棚排距為1.2米，然后進(jìn)行錨索支護(hù)，錨索間排距執(zhí)行原作業(yè)規(guī)程；

②

采用“單體柱+π型梁+錨索”永久支護(hù)方

式，頂部π型梁壓經(jīng)緯網(wǎng)，幫部只鋪設(shè)風(fēng)筒側(cè)菱形網(wǎng)，臨時聯(lián)網(wǎng)間距均為300mm一道；

③

單體柱頂梁要受力均勻，若出現(xiàn)受力不均，兩側(cè)壓彎梁的現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場實際情況在單體柱或π型梁上鋪設(shè)柱帽或背板；

④

單體柱擺設(shè)角度要根據(jù)巷道坡度設(shè)立迎山角，迎山角為+1

°

，嚴(yán)禁出現(xiàn)過山、退山現(xiàn)象；

⑤

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿，錨桿打設(shè)位置見底抽巷架棚支護(hù)圖，每次延伸風(fēng)筒前必須施工完成；

23.滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)工序為：采用錨桿鉆車支護(hù)，支護(hù)頂錨桿

→

施工行人側(cè)幫角錨桿

→

鋪設(shè)行人側(cè)幫網(wǎng)

→

支護(hù)剩余幫錨桿，聯(lián)網(wǎng)與支護(hù)平行作業(yè)；支護(hù)要求為：

①

補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)距工作面迎頭的距離不能超過50米；皮帶距幫不小于0.5米，底角錨桿起錨高度不超過0.9米；永久抽放管路距工作面的距離不超過60米；

②

支護(hù)要求嚴(yán)格執(zhí)行底抽巷斷面支護(hù)圖進(jìn)行支護(hù)，橫川、鉆場交叉點(diǎn)支護(hù)執(zhí)行交叉點(diǎn)支護(hù)設(shè)計；

24.回棚工序為：每天檢修班利用錨桿鉆車集中回棚，升起錨桿鉆車臨時支護(hù)與π型梁接實

→

拆除π型梁拉桿

→

將單體柱卸液

→

回收單體柱及柱鞋

→

降下臨時支護(hù)和π型梁，離開頂板 100mm

→

升起鉆車平臺，距離π型梁1.5米

→

π型梁兩側(cè)各站2人、同時抬起π型梁

→

將π型梁放在指定地點(diǎn)；

25.回棚要求為：

①

在架棚前，將前一排的永久支護(hù)完畢后，撤去本排棚粱及單體柱，待工作面下一循環(huán)重復(fù)利用進(jìn)行架棚支護(hù)；

②

回棚要安排專門觀山人員，單體柱卸液后，先撤去兩側(cè)單體柱，再回收頂部π型梁；

26.所述快速掘進(jìn)工藝對原設(shè)備的改進(jìn)包括：將原有的皮帶架改造成h架，底托輥，實現(xiàn)底皮帶運(yùn)料；每天檢修班檢查風(fēng)筒質(zhì)量，及時處理風(fēng)筒破口的隱患，確保工作面風(fēng)量足夠；將永久抽采支管安裝至距工作面迎頭80m范圍內(nèi)，再通過4寸排水鐵管將抽采系統(tǒng)接至工作面迎頭5

?

10m范圍內(nèi)，保障工作面迎頭始終有抽采系統(tǒng)；使用千米鉆機(jī)在掘進(jìn)后方向掘進(jìn)方向未掘區(qū)域施工鉆孔進(jìn)行連抽；在滯后錨桿支護(hù)段至機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)之間安設(shè)2

?

3道捕塵網(wǎng)，距離捕塵網(wǎng)500mm范圍安裝降塵噴霧；對原風(fēng)筒的懸掛位置進(jìn)行調(diào)整，原則是司機(jī)位置與風(fēng)筒布置在同一側(cè)；

27.在底抽巷每隔150m布置一個鉆場，打穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放；

28.鉆場前后5米范圍內(nèi)，不實施快速掘進(jìn)方案，按正常錨桿錨索支護(hù)進(jìn)行。

29.采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明提供的一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，很好地利用底抽巷頂板為灰?guī)r的地質(zhì)條件，充分利用掘進(jìn)工作面的設(shè)備、時間和空間，將掘進(jìn)各個工序最大限度地實現(xiàn)平行作業(yè)，縮短循環(huán)時間，增加日循環(huán)次數(shù)，極大地提高底抽巷的掘進(jìn)效率。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

30.(1)針對底抽巷掘進(jìn)效率低，導(dǎo)致礦井采掘接續(xù)失調(diào)難題，提出了底抽巷掘進(jìn)新工藝，最大限度地實現(xiàn)割矸和支護(hù)工序的平行作業(yè)，同時將滯后錨桿支護(hù)從人工施工支護(hù)轉(zhuǎn)換成錨桿鉆車支護(hù)，大大提高了單根錨桿的支護(hù)效率，大幅度縮短了支護(hù)時間，增加了日循環(huán)次數(shù)，將底抽巷月掘進(jìn)效率提高了47％。

31.(2)底抽巷兩幫為砂質(zhì)泥巖，為防止掘進(jìn)期間幫部松動或大面積片幫，在距掘進(jìn)迎頭 20m至滯后錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的巷道幫部每2～3排打一根中部錨桿，加強(qiáng)幫部支護(hù)強(qiáng)度，同時加快滯后錨桿跟進(jìn)速度，減少空幫時間，滯后錨桿支護(hù)距掘進(jìn)工作面迎頭的距離不能超過50 米。

32.(3)通過對原有的部分運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將原有的皮帶架改造成h架，底托輥，實

現(xiàn)底皮帶運(yùn)料，有效地解決了掘進(jìn)工作面長距離運(yùn)料困難的難題。

33.(4)新工藝實現(xiàn)了割矸和錨桿支護(hù)的平行作業(yè)，通過在滯后錨桿支護(hù)段至機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)之間安設(shè)2

?

3道捕塵網(wǎng)，距離捕塵網(wǎng)500mm范圍安裝降塵噴霧，有效地降低了截割期間的粉塵，保障錨桿滯后支護(hù)的效率。

34.(5)新工藝很好地利用了底抽巷頂板為灰?guī)r的特殊地質(zhì)條件，巷道頂板k6灰?guī)r完整性好，巖石致密堅硬，是實施新工藝的前提條件和保障。

附圖說明

35.圖1為本發(fā)明實施例提供的巷道圍巖結(jié)構(gòu)模型；

36.圖2為本發(fā)明實施例提供的timoshenko梁力學(xué)模型示意圖；

37.圖3為本發(fā)明實施例提供的底抽巷支護(hù)設(shè)計圖；其中，(a)為巷道斷面支護(hù)設(shè)計圖；(b) 為底抽巷頂板支護(hù)設(shè)計圖；(c)為巷道左幫支護(hù)設(shè)計圖；(d)為巷道右?guī)椭ёo(hù)設(shè)計圖；

38.圖4為本發(fā)明實施例提供的底抽巷掘進(jìn)工藝工序圖；

39.圖5為本發(fā)明實施例提供的底抽巷架棚工序流程圖；

40.圖6為本發(fā)明實施例提供的底抽巷斷面支護(hù)三視圖；其中，(a)為正視圖，(b)為俯視圖，(c)為左視圖；

41.圖7為本發(fā)明實施例提供的鉆場支護(hù)布置示意圖。

42.圖中：1、鋼筋托梁；2、錨索；3、第一托盤；4、第二托盤；5、錨桿；6、第一金屬網(wǎng)； 7、第二金屬網(wǎng)；8、w型鋼帶護(hù)板；9、錨桿鉆車；10、皮帶；11、綜掘機(jī)；12、單體支柱； 13、巷道迎頭；14、單體柱；15、π型梁；16、拉鉤套筒；17、風(fēng)筒；18、鋼筋梯；19、永久支護(hù)；20、聯(lián)鎖拉鉤；21、經(jīng)緯網(wǎng)；22、菱形網(wǎng)；23、底抽巷；24、鉆場；25、鎖口錨索； 26、鋼筋梯子梁；27、鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格。

具體實施方式

43.下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

44.本實施例提供的一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，包括采用理論分析、實驗測試、數(shù)值計算和工程類比法，得出胡底礦底抽巷空頂區(qū)頂板與周圍巖體、支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，空頂距離對巷道圍巖應(yīng)力分布及塑性破壞范圍的影響特征，揭示空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性的演化規(guī)律；采用“割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的底抽巷新型快速掘進(jìn)工藝；根據(jù)底抽巷頂板為灰?guī)r的地質(zhì)條件，調(diào)整底抽巷的作業(yè)工序，合理的利用設(shè)備、時間和空間特點(diǎn)，使掘進(jìn)各個工序最大限度地實現(xiàn)平行作業(yè)；

45.綜合底抽巷圍巖結(jié)構(gòu)、力學(xué)理論分析、工程類比法的經(jīng)驗數(shù)值及計算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果，確定巷道支護(hù)設(shè)計方案，包括底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計和底抽巷支護(hù)設(shè)計校核。

46.根據(jù)巷道圍巖的特點(diǎn)，建立錨桿(索)支護(hù)條件下的巷道圍巖結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示，圖中梁結(jié)構(gòu)為頂板巖層中的似連續(xù)體短梁、夾層梁或者層梁，墊層為梁結(jié)構(gòu)與網(wǎng)之間的松軟破碎巖體，墊層的完整性不冒落是控制前三區(qū)域不擴(kuò)大的關(guān)鍵。

47.巷道在錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)條件下，巷道頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)控頂范圍內(nèi)巖層可看作梁結(jié)構(gòu)，考慮到巖層的巖性和構(gòu)造特點(diǎn)，可用彈塑性理論求解。因此運(yùn)用timoshenko梁理論展開

計算，建立錨桿(索)支護(hù)條件下梁的載荷力學(xué)計算模型如圖2，圖中豎向均布荷載為q，集中力為p1、 p2、p3、p4和p5，與集中力相對應(yīng)的符號ξ1、ξ2、ξ3、ξ4和ξ5分別是該力作用于梁上點(diǎn)在 x軸向上的坐標(biāo)值。傾斜載荷p4和p5與梁軸線方向的夾角均為α。根據(jù)研究對象自身結(jié)構(gòu)和受力條件的對稱性特點(diǎn)，可定義邊界力為q0和m0。然后就不同載荷展開計算。經(jīng)過計算分析可得知，設(shè)計錨網(wǎng)索支護(hù)方案必須考慮支護(hù)強(qiáng)度(或密度)和錨桿(索)布置方式兩方面因素。

48.錨桿支護(hù)的實質(zhì)就是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用而組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)，相對于深部圍巖的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)而言是圍巖次生承載結(jié)構(gòu)。巷道圍巖錨固體強(qiáng)度提高后，可以減少巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的周邊位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。

49.巷道圍巖支護(hù)參數(shù)確定原則如下：

50.(1)一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。一方面，這是礦井實現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求，為采礦服務(wù)的巷道和硐室等工程，需要保持長期穩(wěn)定，不能經(jīng)常維修；另一方面，這是錨桿支護(hù)本身的作用原理決定的。巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行錨桿支護(hù)效果最佳，而在己發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護(hù)效果會受到顯著影響。

51.(2)高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)是被動支護(hù)還是主動支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。

52.(3)“三髙一低”原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿強(qiáng)度(如加大錨桿直徑或提高桿體材料的強(qiáng)度)、剛度(提高錨桿預(yù)應(yīng)力、加長或全長錨固)，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。

53.(4)臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。因此，設(shè)計錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值。

54.(5)相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。

55.(6)可操作性原則。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。

56.(7)在保證巷道支護(hù)效果和安全程度，技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低巷道支護(hù)綜合成本。

57.底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計中，某煤礦底抽巷斷面形狀為為矩形斷面，掘進(jìn)寬度

×

掘進(jìn)高度＝4600mm

×

3200mm，凈寬度

×

凈高度＝4400mm

×

3100mm；s

毛

＝14.72m2，s

凈

＝13.64m2，采用“錨網(wǎng)+錨索”組合支護(hù)方式。

58.(1)巷道頂板支護(hù)

59.錨桿型號和規(guī)格：ф22

×

2400mm，msglw—500/22/2400高強(qiáng)度左旋無縱肋螺紋鋼錨桿。

60.錨桿配件：采用強(qiáng)力錨桿螺母，配合高強(qiáng)度托盤調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用高強(qiáng)度拱形托盤，規(guī)格為長

×

寬

×

厚＝150

×

150

×

10mm鋼板、400

×

280

×

4mm型w鋼帶護(hù)板。

61.錨索型號和規(guī)格：ф22

×

6300mm，skp22

?

1/1720

?

6300股高強(qiáng)度低松馳鋼鉸線錨索，頭部設(shè)有樹脂錨固劑攪拌頭，尾部配有高強(qiáng)度鎖具。

62.錨索托盤：長

×

寬

×

厚＝300

×

300

×

16mm鋼板。

63.鋼筋托梁規(guī)格：采用φ14mm的鋼筋焊接而成，寬度為80mm，鋼筋托梁長度4200mm，型號φ14－4200－80－5(眼距1000mm)。

64.錨桿布置：排距1.2m，間距1.0m，每排5根錨桿，距幫0.3m開始布置，靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度與垂直線成15度角，其余與頂板垂直。

65.錨索布置：采用矩形布置，每排2根，排距為2.4m，間距2.0m，居中布置，距幫1.3m，錨索施工角度與頂板垂直。

66.網(wǎng)片規(guī)格及連接方式：網(wǎng)片規(guī)格為4600

×

1400mm，網(wǎng)格50

×

50mm，采用10#鐵絲編織的金屬菱形網(wǎng)；網(wǎng)與網(wǎng)采用搭接方式連接，搭接長度100mm，采用雙股16#鍍鋅鉛絲擰緊，至少擰3圈，將剩余聯(lián)網(wǎng)絲扭成麻花狀，并使之緊貼在所聯(lián)網(wǎng)片上(聯(lián)網(wǎng)絲剩余長度長時，且宜梳小辮)。頂幫鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，頂網(wǎng)與幫網(wǎng)連接在一起。

67.錨固方式：樹脂加長錨固。錨桿采用兩支錨固劑，先放一支規(guī)格為msk2335，再放一支規(guī)格為msz2360，鉆孔直徑為30mm，錨固長度不小于1200mm，錨固力不小于150kn，預(yù)緊力距不小于400n

·

m，外露長度為10

?

50mm；錨索采用四支錨固劑，兩支規(guī)格為msk2335，兩支規(guī)格為msz2360(先放快速藥卷msk2335，后放兩支中速藥卷msz2360)，鉆孔直徑 30mm，錨固長度不小于2416mm，外露長度鎖具外150

?

250mm，預(yù)緊力不小于250kn。

68.(2)巷道兩幫支護(hù)

69.錨桿型號和規(guī)格：ф22

×

2400mm，msglw—500/22/2400高強(qiáng)度左旋無縱肋螺紋鋼錨桿。

70.錨桿配件：采用強(qiáng)力錨桿螺母，配合高強(qiáng)度托盤調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用高強(qiáng)度拱形托盤，規(guī)格為長

×

寬

×

厚＝150

×

150

×

10mm鋼板、400

×

280

×

4mm型w鋼帶護(hù)板。

71.錨桿布置:排距1.2m，間距1.1m，每排每幫3根錨桿，頂錨桿距頂板0.4m，安設(shè)角度與水平成向上10度角，底錨桿距底板0.6m，安設(shè)角度與水平成向下10度角，中部錨桿施工角度與巷幫垂直。

72.網(wǎng)片規(guī)格及連接方式：網(wǎng)片規(guī)格為3200

×

1400mm，網(wǎng)格50

×

50mm，采用10#鐵絲編織的金屬菱形網(wǎng)；網(wǎng)與網(wǎng)采用搭接方式連接，搭接長度100mm，采用雙股16#鍍鋅鉛絲捆扎，每隔150mm捆扎一道，擰結(jié)不少于3圈。

73.錨固方式：錨桿采用兩支錨固劑加長錨固，先放一支規(guī)格為msk2335，再放一支規(guī)格為 msz2360，錨固長度不小于1200mm，錨固力不小于150kn，預(yù)緊力距不小于400n

·

m，鉆孔直徑為30mm，外露長度為10

?

50mm。

74.巷道支護(hù)設(shè)計如圖3所示。

75.底抽巷支護(hù)設(shè)計校核包括錨桿直徑計算、錨桿長度計算、錨桿間排距計算、錨索長度計算以及校核錨索間、排距，具體如下：

76.(1)錨桿直徑計算

77.根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》和《煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)》錨桿直徑計算公式

為：

[0078][0079]

式中：d—錨桿直徑，m；

[0080]

q—錨桿錨固力，取現(xiàn)場拉拔力試驗數(shù)據(jù)的平均值或經(jīng)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)作業(yè)規(guī)程資料，錨桿設(shè)計錨固力取150kn；

[0081]

σ

t

—錨桿抗拉強(qiáng)度，取值為630mpa。

[0082]

將以上數(shù)據(jù)代入錨桿直徑計算公式得：

[0083]

d＝0.0174m≈0.018

[0084]

因此，錨桿直徑取值應(yīng)不小于18mm，根據(jù)礦井現(xiàn)有支護(hù)施工經(jīng)驗，錨桿直徑取22mm，滿足要求。

[0085]

(2)錨桿長度計算

[0086]

錨桿長度計算公式為：

[0087]

l＝l1+l2+l3[0088]

式中：l1—外露長度，取值0.1m；

[0089]

l2—錨桿有效長度，m；

[0090]

l3—錨桿深入老頂長度，m。

[0091]

①

錨桿有效長度計算

[0092]

按經(jīng)驗公式計算錨桿長度l(加固拱理論)

[0093]

l2＝n(1.1+b/10)＝1.0

×

(1.1+4.6/10)＝1.56(m)；

[0094]

式中：l2—錨桿長度，m；

[0095]

n—圍巖穩(wěn)定影響系數(shù)，取系數(shù)1.0；

[0096]

b—巷道跨度，取4.6m。

[0097]

②

錨桿深入老頂長度計算

[0098]

l3的長度計算有兩種方法：

[0099]

1)根據(jù)經(jīng)驗公式取值0.3～0.4m。

[0100]

2)按照錨固粘結(jié)力與拉斷承載力關(guān)系計算

[0101][0102]

式中：d—為錨桿直徑，取值0.022m；

[0103]

σ

t

—為錨桿抗拉強(qiáng)度，材質(zhì)為hrb500鋼筋的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，其值為630mpa；

[0104]

τ

c

—為粘結(jié)強(qiáng)度，取6mpa。

[0105]

將數(shù)據(jù)代入公式計算得：

[0106]

l3＝0.022

×

630/(4

×

6)＝0.578m

[0107]

故l3的取值為0.578m。

[0108]

根據(jù)以上計算，錨桿長度為：

[0109]

l＝l1+l2+l3＝0.1+1.56+0.578＝2.238m

[0110]

因此，頂板錨桿長度取值應(yīng)不小于2.238m，根據(jù)礦井現(xiàn)有支護(hù)施工經(jīng)驗，錨桿長度取 2.4m，滿足要求。

[0111]

(3)錨桿間排距計算

[0112]

頂板懸頂面積計算公式：

[0113][0114]

式中：a—懸頂面積，m2；

[0115]

q—錨桿設(shè)計錨固力，kn；

[0116]

k—安全系數(shù)，一般取2.0；

[0117]

r—被懸吊巖石容重，取28kn/m3；

[0118]

l2—冒落拱高度，取0.875m；

[0119]

a＝150/2.0*28*0.875＝3.06m2[0120]

錨桿間排距為：

[0121]

a＝b＝a

1/2

＝1.75m

[0122]

以上計算可以得出錨桿間排距不應(yīng)大于1.75m，根據(jù)工程類比法，頂板較完整，錨桿間排距取0.8～1.2m，結(jié)合本礦現(xiàn)有支護(hù)施工經(jīng)驗，錨桿排距取1200mm，間距取1000mm，滿足要求。

[0123]

(4)錨索長度計算

[0124]

錨索的長度應(yīng)滿足：

[0125]

l＝l

a

+l

b

+l

c

+l

d

[0126]

式中：l—錨索的總長度，m；

[0127]

l

a

—錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，m；

[0128][0129]

式中：k—安全系數(shù)，取2.0；

[0130]

d1—錨索直徑，取21.8mm；

[0131]

f

a

—錨索抗拉強(qiáng)度，取1720n/mm2；

[0132]

f

c

—錨索與錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度，10n/mm2；

[0133]

l

b

—需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度2.4m；

[0134]

l

c

—托板及錨具的厚度，0.1m；

[0135]

l

d

—外露張拉長度，0.25m。

[0136]

l＝1.87+2.4+0.1+0.25＝4.62m

[0137]

根據(jù)工程類比法，參照本礦同類巷道支護(hù)情況，錨索長度取6.3m，滿足要求。

[0138]

(5)校核錨索間、排距：應(yīng)滿足

[0139][0140]

式中：a——錨索間、排距，m；

[0141]

g——錨索設(shè)計錨固力，250kn/根；

[0142]

k——安全系數(shù)，取2.0；(松散系數(shù))；

[0143]

l2——有效長度(取b)；

[0144]

l2＝b(錨索取圍巖松動圈冒落高度)；

[0145][0146]

式中：b——巷道掘?qū)?掘?qū)?.6m)；

[0147]

h——巷道掘高(3.2m)；

[0148]

f

頂

——頂板巖石普氏系數(shù)為4.8

?

8.56；(取4.8)；

[0149]

ω——兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，ω＝arctan(f

頂

)。

[0150]

將以上參數(shù)帶入上式得：b＝0.55m；

[0151]

則l2＝0.55m；

[0152]

γ——巖體容重；28kn/m3；

[0153][0154]

底抽巷設(shè)計錨索排距為2.4m，間距為2m，錨索參數(shù)能夠滿足錨索間排距校核要求。

[0155]

在底抽巷采用“割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的新型快速掘進(jìn)工藝，通過實現(xiàn)割矸與支護(hù)平行作業(yè)來增加割矸循環(huán)次數(shù)，達(dá)到提高單進(jìn)水平的效果。

[0156]

新型快速掘進(jìn)工藝安全性分析如下：(1)頂板k6灰?guī)r的穩(wěn)定性；底抽巷以k6灰?guī)r為頂板，平均厚度1.8m，深灰色灰?guī)r，巖石致密堅硬，普氏系數(shù)約6

?

8，頂板完整性好，采用架棚工藝可以有效結(jié)實頂板，保證頂板受力均勻。(2)架棚支護(hù)的可靠性；采用“單體柱+π型梁”一梁兩柱架棚支護(hù)，單體柱初撐力不下于12mpa，棚與棚之間采用拉鉤聯(lián)鎖，每一列單體柱采用鋼絞線聯(lián)鎖，每一根單體柱加設(shè)防倒繩，同時按照原設(shè)計每兩排打兩根錨索，錨索預(yù)緊力不下于250kn，保證了架棚支護(hù)段的頂板安全。(3)滯后錨桿的及時性；滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)隨掘進(jìn)及時跟進(jìn)，距迎頭不超50米，確保了補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的及時性，保證頂板支護(hù)安全可靠。(4)礦壓監(jiān)測的準(zhǔn)確性；掘進(jìn)過程中每50米安裝一組頂板離層儀、一塊錨桿測力計和一塊錨索測力計、一組十字位移測點(diǎn)，工作面50米范圍每班進(jìn)行觀測，50米以外每周觀測1

?

2次，通過礦壓監(jiān)測分析巷道圍巖變化情況。目前底抽巷累計掘進(jìn)2000米，通過礦壓監(jiān)測分析，架棚支護(hù)期間及回棚后巷道圍巖變化不明顯，說明了架棚支護(hù)工藝的可靠性和安全性。

[0157]

新型快速掘進(jìn)工藝施工工序為：割矸

→

架棚(錨索)永久支護(hù)

→

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿；平行作業(yè)：在二運(yùn)后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

→

回棚，如圖4所示。

[0158]

快速掘進(jìn)工藝的時間要求為：

[0159]

(1)3小時割2排矸，1.5小時架2架棚，支護(hù)2根錨索、4根錨桿；

[0160]

(2)早班、中班平行進(jìn)行滯后錨桿支護(hù)，每班4排。

[0161]

割矸工序為：

[0162]

(1)進(jìn)刀

→

截割

→

修邊

→

成形。

[0163]

(2)割矸要求為：

[0164]

①

嚴(yán)格執(zhí)行掘進(jìn)要求，沿煤頂板，k6灰?guī)r為頂板進(jìn)行掘進(jìn)；

[0165]

②

嚴(yán)格控制巷道斷面成型情況，頂板必須為一平面，禁止出現(xiàn)超挖、欠挖等現(xiàn)象，重點(diǎn)管理左、右兩頂腳的成型情況；

[0166]

③

若掘進(jìn)過程中出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、頂板不完整等情況，及時采取縮小循環(huán)進(jìn)度，縮小錨桿 (索)間排距，進(jìn)行錨桿錨索永久支護(hù)。

[0167]

架棚(錨索)永久支護(hù)工序為：

[0168]

(1)返托梁器

→

抬π型梁上托梁器

→

上頂網(wǎng)(提前將鋼帶聯(lián)在網(wǎng)片上)并與π型梁聯(lián) 2

?

3道

→

升托梁器、固定π型梁、上兩側(cè)拉桿

→

π型梁兩端升起單體柱(初撐力達(dá)到12mp)

?→

用托梁器臨時支護(hù)升起第二排網(wǎng)片

→

施工頂部2根錨索

→

放下托梁器臨時支護(hù)

→

鋪設(shè)風(fēng)筒側(cè)幫網(wǎng)

→

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿

→

聯(lián)頂網(wǎng)和幫網(wǎng)。

[0169]

(2)架棚要求為：

[0170]

①

每次割矸2排，先進(jìn)行架棚支護(hù)，架棚排距為1.2米，然后進(jìn)行錨索支護(hù)，錨索間排距執(zhí)行原作業(yè)規(guī)程；

[0171]

②

采用“單體柱+π型梁+錨索”永久支護(hù)方式，頂部π型梁壓經(jīng)緯網(wǎng)，幫部只鋪設(shè)風(fēng)筒側(cè)菱形網(wǎng)，臨時聯(lián)網(wǎng)間距均為300mm一道(行人側(cè)幫部菱形網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)時再鋪設(shè))；

[0172]

③

單體柱頂梁要受力均勻，若出現(xiàn)受力不均，兩側(cè)壓彎梁的現(xiàn)象，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況在單體柱或π型梁上鋪設(shè)柱帽或背板；

[0173]

④

單體柱擺設(shè)角度要根據(jù)巷道坡度設(shè)立迎山角，迎山角為+1

°

，嚴(yán)禁出現(xiàn)過山、退山等現(xiàn)象；

[0174]

⑤

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿，錨桿打設(shè)位置見底抽巷架棚支護(hù)圖，每次延伸風(fēng)筒前必須施工完成。

[0175]

滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)工序為：

[0176]

(1)采用錨桿鉆車支護(hù)，支護(hù)頂錨桿

→

施工行人側(cè)幫角錨桿

→

鋪設(shè)行人側(cè)幫網(wǎng)

→

支護(hù)剩余幫錨桿，聯(lián)網(wǎng)與支護(hù)平行作業(yè)。

[0177]

(2)支護(hù)要求為：

[0178]

①

補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)距工作面迎頭的距離不能超過50米；皮帶距幫不小于0.5米，底角錨桿起錨高度不超過0.9米；永久抽放管路距工作面的距離不超過60米；

[0179]

②

支護(hù)要求嚴(yán)格執(zhí)行底抽巷斷面支護(hù)圖進(jìn)行支護(hù)，橫川、鉆場交叉點(diǎn)支護(hù)執(zhí)行交叉點(diǎn)支護(hù)設(shè)計；

[0180]

回棚工序為：

[0181]

(1)每天檢修班利用錨桿鉆車集中回棚，升起錨桿鉆車臨時支護(hù)與π型梁接實

→

拆除π型梁拉桿

→

將單體柱卸液

→

回收單體柱及柱鞋

→

降下臨時支護(hù)和π型梁，離開頂板100mm

→

升起鉆車平臺，距離π型梁1.5米

→

π型梁兩側(cè)各站2人、同時抬起π型梁

→

將π型梁放在指定地點(diǎn)

[0182]

(2)回棚要求為：

[0183]

①

在架棚往前(往工作面方向)一排的永久支護(hù)完畢后，可撤去本排棚粱及單體柱，待工作面下一循環(huán)重復(fù)利用進(jìn)行架棚支護(hù)；

[0184]

②

回棚要安排專門觀山人員，單體柱卸液后，先撤去兩側(cè)單體柱，再回收頂部π型梁。

[0185]

底抽巷架棚工序流程如圖5所示。

[0186]

新工藝支護(hù)設(shè)備及材料如下：

[0187]

(1)網(wǎng)片：頂網(wǎng)采用經(jīng)緯網(wǎng)，頂網(wǎng)規(guī)格為：長4.6m

×

寬1.4m，網(wǎng)孔規(guī)格為38

×

38mm，搭接長度為100mm，初次聯(lián)網(wǎng)450mm一道，后期補(bǔ)聯(lián)150mm一道。幫部采用菱形網(wǎng)，規(guī)格為長2.9m

×

寬1.4m，網(wǎng)孔規(guī)格為50

×

50mm，搭接長度為100mm，初次聯(lián)網(wǎng)300mm一道，后期補(bǔ)聯(lián)150mm一道。

[0188]

(2)π型梁：長4.5m，在梁上加設(shè)2根拉桿套筒，距離兩端0.7m。

[0189]

(3)單體柱：型號為dw35

?

30/100，單體柱必須穿專用柱鞋，架棚后單體柱要加防倒繩和聯(lián)鎖繩。

[0190]

(4)拉桿：拉桿采用18號圓鋼加工，拉桿長度為1100mm。

[0191]

(5)乳化液泵：型號為brw40/20，升單體柱時保證單體柱壓力不小于90kn(12mp)。

[0192]

(6)施工臨時支護(hù)錨桿：迎頭施工超前探孔時，可以平行施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿，每次延伸風(fēng)筒前必須施工到位。

[0193]

(7)錨桿鉆車：采用兩臂錨桿鉆車進(jìn)行支護(hù)。

[0194]

(8)錨索張拉泵：在錨桿鉆車上加工錨索張拉裝置。

[0195]

(9)錨桿(索)材料、鋼筋梯、間排距及支護(hù)工藝與原設(shè)計一致。

[0196]

本實施例中的底抽巷斷面支護(hù)三視圖見圖6。

[0197]

根據(jù)底抽巷現(xiàn)場生產(chǎn)地質(zhì)條件、支護(hù)現(xiàn)狀和理論分析，提出三種設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，方案一采用“錨桿+長錨索”聯(lián)合支護(hù)方式，方案二和方案三采用“短錨索+長錨索”聯(lián)合支護(hù)方式，具體參數(shù)見表1。

[0198]

表1設(shè)計方案表

[0199][0200]

根據(jù)對三種掘進(jìn)新工藝方案進(jìn)行數(shù)值模擬計算，結(jié)果對比分析可知，方案二距掘進(jìn)工作面迎頭50m處，頂板最大下沉量為202.96mm，超出了200mm，不能滿足要求；方案一與方案三均能滿足生產(chǎn)和安全要求，方案一距掘進(jìn)工作面迎頭50m處，頂板最大下沉量為 188.83mm；方案三距掘進(jìn)工作面迎頭50m處，頂板最大下沉量為187.56mm，都控制在200mm 以內(nèi)。方案一錨桿間排距與方案三全錨索相比較小，能夠很好地抑制淺部巖層離層，裂隙張開，保持圍巖的完整性，減少巖層彎曲引起的拉伸破壞改善巖層應(yīng)力狀態(tài)，防止間排距過大造成的淺部巖塊松動掉落。方案三因全錨索預(yù)緊力較大，使圍巖完全處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現(xiàn)，使圍巖成為承載的主體，在錨固區(qū)內(nèi)形成剛度較大的預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，阻止錨固區(qū)內(nèi)圍巖產(chǎn)生離層，同時改善了圍巖深部的應(yīng)力狀態(tài)。

[0201]

方案三長錨索采用三花布置，平均每1.0m布置一根長錨索，方案一長錨索采用矩形布置，平均每1.2m布置一根長錨索，從掘進(jìn)效率考慮方案一優(yōu)于方案三；另外從現(xiàn)場巷道施工經(jīng)驗考慮，頂板采用“錨桿+錨索”是目前比較成熟的支護(hù)方式，因此，建議底抽巷掘進(jìn)工藝選用方案一。

[0202]

掘進(jìn)新工藝對原設(shè)備和技術(shù)改進(jìn)如下：

[0203]

(1)遠(yuǎn)距離運(yùn)料設(shè)備的改進(jìn)；

[0204]

底抽巷作為煤巷掘進(jìn)的主戰(zhàn)場，需要多臺普鉆、千米鉆機(jī)在巷道內(nèi)施工鉆孔，受巷道斷面限制，抽放鉆機(jī)占用了軌道空間，造成軌道線路無法延伸至工作面，導(dǎo)致運(yùn)輸困難，通過研究對原有的部分運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將原有的皮帶架改造成h架，底托輥，實現(xiàn)底皮

帶運(yùn)料，有效地解決掘進(jìn)工作面長距離運(yùn)料困難難題。

[0205]

(2)通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)；

[0206]

每天檢修班檢查風(fēng)筒質(zhì)量，及時處理風(fēng)筒破口等隱患，確保工作面風(fēng)量足夠。

[0207]

(3)瓦斯管理的改進(jìn)；

[0208]

①

將永久抽采支管安裝至距工作面迎頭80m范圍內(nèi)，再通過4寸排水鐵管將抽采系統(tǒng)接至工作面迎頭5

?

10m范圍內(nèi)，保障工作面迎頭始終有抽采系統(tǒng)。

[0209]

②

使用千米鉆機(jī)在掘進(jìn)后方向掘進(jìn)方向未掘區(qū)域施工鉆孔進(jìn)行連抽，減少瓦斯通過裂隙等方式向掘進(jìn)工作面涌出，避免巷道瓦斯影響掘進(jìn)效率。

[0210]

(4)粉塵管理的改進(jìn)；

[0211]

新工藝實現(xiàn)了割矸和錨桿支護(hù)的平行作業(yè)，割矸期間巷道內(nèi)粉塵大，能見度極低，滯后錨桿支護(hù)時看不清，操作緩慢，通過在滯后錨桿支護(hù)段至機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)之間安設(shè)2

?

3道捕塵網(wǎng)，距離捕塵網(wǎng)500mm范圍安裝降塵噴霧，有效地降低截割期間的粉塵，保障錨桿滯后支護(hù)的效率。

[0212]

(5)風(fēng)筒位置的調(diào)整；

[0213]

為了減小掘進(jìn)期間粉塵對機(jī)組司機(jī)視線的影響，對原風(fēng)筒的懸掛位置進(jìn)行調(diào)整，原則是：司機(jī)位置在哪邊，風(fēng)筒就布置在哪邊，目的是讓掘進(jìn)機(jī)組司機(jī)掘進(jìn)期間視線清楚，防治受割矸期間巷道內(nèi)粉塵影響看不見巷道邊界，從而影響掘進(jìn)質(zhì)量和掘進(jìn)效率。如選用三一重工的機(jī)組，司機(jī)位置在左側(cè)，風(fēng)筒就布置在左側(cè)；天地機(jī)組，司機(jī)位置在右側(cè)，風(fēng)筒就布置在右側(cè)。

[0214]

掘進(jìn)新工藝技術(shù)要求如下：

[0215]

(1)割矸不能破頂，才能保障頂梁接實頂板，提高支護(hù)強(qiáng)度；

[0216]

(2)底板平整度要求高，才能保證柱腿支到實底，保障單體柱的初撐力；

[0217]

(3)截割兩幫平齊，確保裸露巖石是一個整體，可以有效防止風(fēng)化片幫；

[0218]

(4)割矸時將底板浮矸一次鏟凈，可以減少挖柱窩的時間，保障架棚效率。

[0219]

(5)由于巷道幫部為砂質(zhì)泥巖，空幫時間長容易導(dǎo)致巖石風(fēng)化、離層，造成片幫，為了防止大面積片幫，工作面支護(hù)作業(yè)時幫部每3排打一根中部錨桿，加強(qiáng)幫部支護(hù)強(qiáng)度，同時加快滯后錨桿跟進(jìn)速度，減少空幫時間。

[0220]

為了降低瓦斯含量，消除突出隱患，在底抽巷每隔150m布置一個鉆場，打穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放，鉆場支護(hù)布置參數(shù)如圖7所示。

[0221]

由于鉆場附近頂板揭露面積大，從而引起周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分布，容易造成應(yīng)力集中，為了有效控制鉆場附近圍巖變形和保證安全掘進(jìn)，鉆場前后5米范圍內(nèi)，不實施快速掘進(jìn)方案，按正常錨桿錨索支護(hù)進(jìn)行。

[0222]

通過對某煤礦的某底抽巷1號測站和2號測站進(jìn)行礦壓監(jiān)測，1號測站頂板錨桿工作阻力為79.2kn，幫錨桿工作阻力為63.2kn，錨索工作阻力為142.2kn；2號測站頂板錨桿工作阻力為76.4kn，幫錨桿工作阻力為65.2kn，錨索工作阻力為139.8kn，監(jiān)測結(jié)果表明兩個監(jiān)測斷面錨桿(索)受力處于合理狀態(tài)，圍巖處于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。該底抽巷1號測站斷面頂板 2m處深部位移為71mm，4m處深部位移為17mm，頂板總計下沉88mm；2號測站斷面頂板 2m處深部位移為67mm，頂板4m處深部位移位16mm，頂板總計下沉83mm，監(jiān)測結(jié)果表明巷道頂板松動離層值很小，巷道圍巖控制效果較好。

[0223]

本實施例很好地利用了底抽巷頂板為灰?guī)r的地質(zhì)條件，充分利用掘進(jìn)工作面的設(shè)備、時間和空間，將掘進(jìn)各個工序最大限度地實現(xiàn)平行作業(yè)，縮短了循環(huán)時間，增加了日循環(huán)次數(shù)，極大地提高了底抽巷的掘進(jìn)效率，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

[0224]

(1)針對底抽巷掘進(jìn)效率低，導(dǎo)致礦井采掘接續(xù)失調(diào)難題，深入研究了底抽巷掘進(jìn)效率低的主控因素和可能提效的途徑，提出了底抽巷掘進(jìn)新工藝，最大限度地實現(xiàn)了割矸和支護(hù)工序的平行作業(yè)，將原掘進(jìn)工藝兩排支護(hù)22根錨桿、2根錨索施工與割矸順序作業(yè)，優(yōu)化為只有4根錨桿、2根錨索施工與割矸順序作業(yè)，剩余的18根錨桿施工就實現(xiàn)了與掘進(jìn)割矸等工序的平行作業(yè)，同時將滯后錨桿支護(hù)從人工施工支護(hù)轉(zhuǎn)換成錨桿鉆車支護(hù)，大大提高了單根錨桿的支護(hù)效率，大幅度縮短了支護(hù)時間，增加了日循環(huán)次數(shù)，將底抽巷月掘進(jìn)效率提高了47％。

[0225]

(2)底抽巷兩幫為砂質(zhì)泥巖，為防止掘進(jìn)期間幫部松動或大面積片幫，在距掘進(jìn)迎頭 20m至滯后錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的巷道幫部每2～3排打一根中部錨桿，加強(qiáng)幫部支護(hù)強(qiáng)度，同時加快滯后錨桿跟進(jìn)速度，減少空幫時間，滯后錨桿支護(hù)距掘進(jìn)工作面迎頭的距離不能超過50 米。

[0226]

(3)底抽巷作為煤巷掘進(jìn)的主戰(zhàn)場，需要多臺普鉆、千米鉆機(jī)在巷道內(nèi)施工鉆孔，受巷道斷面限制，抽放鉆機(jī)占用了軌道空間，造成軌道線路無法延伸至工作面，導(dǎo)致運(yùn)輸困難，通過研究對原有的部分運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，將原有的皮帶架改造成h架，底托輥，實現(xiàn)了底皮帶運(yùn)料，有效地解決了掘進(jìn)工作面長距離運(yùn)料困難的難題。

[0227]

(4)新工藝實現(xiàn)了割矸和錨桿支護(hù)的平行作業(yè)，割矸期間巷道內(nèi)粉塵大，能見度極低，滯后錨桿支護(hù)時看不清，操作緩慢，通過在滯后錨桿支護(hù)段至機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)之間安設(shè)2

?

3道捕塵網(wǎng)，距離捕塵網(wǎng)500mm范圍安裝降塵噴霧，有效地降低了截割期間的粉塵，保障錨桿滯后支護(hù)的效率。

[0228]

(5)新工藝很好地利用了底抽巷頂板為灰?guī)r的特殊地質(zhì)條件，巷道頂板k6灰?guī)r完整性好，巖石致密堅硬，是實施新工藝的前提條件和保障。

[0229]

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。技術(shù)特征：

1.一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，其特征在于：該方法包括采用理論分析、實驗測試、數(shù)值計算和工程類比法，得出煤礦底抽巷空頂區(qū)頂板與周圍巖體、支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，空頂距離對巷道圍巖應(yīng)力分布及塑性破壞范圍的影響特征，揭示空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性的演化規(guī)律；采用“割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的底抽巷快速掘進(jìn)工藝；根據(jù)底抽巷頂板為灰?guī)r的地質(zhì)條件，調(diào)整底抽巷的作業(yè)工序，使掘進(jìn)各個工序最大限度地實現(xiàn)平行作業(yè)；依據(jù)煤礦底抽巷的地質(zhì)資料，采用flac

3d

數(shù)值模擬軟件，對煤礦底抽巷的支護(hù)設(shè)計方案進(jìn)行數(shù)值模擬計算，分析底抽巷在采取支護(hù)設(shè)計方案后巷道圍巖的應(yīng)力和位移變化情況，檢驗底抽巷的支護(hù)設(shè)計效果；綜合底抽巷圍巖結(jié)構(gòu)、力學(xué)理論分析、工程類比法的經(jīng)驗數(shù)值及計算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果，確定巷道支護(hù)設(shè)計方案，包括底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計和底抽巷支護(hù)設(shè)計校核；底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計中，采用“錨網(wǎng)+錨索”組合支護(hù)方式，包括巷道頂板支護(hù)參數(shù)設(shè)計和巷道兩幫支護(hù)參數(shù)設(shè)計；巷道頂板支護(hù)參數(shù)設(shè)計中包括以下參數(shù)的確定：錨桿型號和規(guī)格、錨桿配件、錨索型號和規(guī)格、錨索托盤、鋼筋托梁規(guī)格、錨桿的布置、錨索的布置、網(wǎng)片規(guī)格及連接方式、錨固方式；巷道兩幫支護(hù)參數(shù)設(shè)計中包括以下參數(shù)的確定：錨桿型號和規(guī)格、錨桿配件、錨桿的布置、網(wǎng)片規(guī)格及連接方式、錨固方式；底抽巷支護(hù)設(shè)計校核包括錨桿直徑計算、錨桿長度計算、錨桿間排距計算、錨索長度計算以及校核錨索間、排距；在底抽巷采用“割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的快速掘進(jìn)工藝，通過實現(xiàn)割矸與支護(hù)平行作業(yè)來增加割矸循環(huán)次數(shù)，達(dá)到提高單進(jìn)水平的效果，快速掘進(jìn)工藝的施工工序為：割矸

→

架棚+錨索永久支護(hù)

→

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿；平行作業(yè)：在二運(yùn)后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

→

回棚；在底抽巷每隔150m布置一個鉆場，打穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放；鉆場前后5米范圍內(nèi)，不實施快速掘進(jìn)方案，按正常錨桿錨索支護(hù)進(jìn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，其特征在于：所述底抽巷支護(hù)設(shè)計校核具體包括：錨桿型號和規(guī)格的確定中，錨桿直徑的取值應(yīng)不小于根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》和《煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)》錨桿直徑計算公式得到的數(shù)值，錨桿長度的取值應(yīng)不小于錨桿長度計算公式得到的數(shù)值；錨桿的布置中，錨桿間排距不應(yīng)大于a

1/2

，a為懸頂面積；錨索型號和規(guī)格的確定中，錨索的總長度為錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度、需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度、托板及錨具的厚度與外露張拉長度的總和，其中錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度的取值應(yīng)不小于其中，k為安全系數(shù)，d1為錨索直徑，f

a

為錨索抗拉強(qiáng)度，f

c

為錨索與錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度；

錨桿的布置中，錨索間、排距應(yīng)滿足小于g為錨索設(shè)計錨固力，k為安全系數(shù)，l2為錨索有效長度，γ為巖體容重。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，其特征在于：所述快速掘進(jìn)工藝的時間要求為：(1)3小時割2排矸，1.5小時架2架棚，支護(hù)2根錨索、4根錨桿；(2)早班、中班平行進(jìn)行滯后錨桿支護(hù)，每班4排；割矸工序為：進(jìn)刀

→

截割

→

修邊

→

成形；割矸要求為：

①

嚴(yán)格執(zhí)行掘進(jìn)要求；

②

嚴(yán)格控制巷道斷面成型情況，頂板必須為一平面，禁止出現(xiàn)超挖、欠挖現(xiàn)象，重點(diǎn)管理左、右兩頂腳的成型情況；

③

若掘進(jìn)過程中出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、頂板不完整、淋水和受采動影響時，及時采取縮小循環(huán)進(jìn)度，縮小錨桿錨索間排距，進(jìn)行錨桿錨索永久支護(hù)；架棚+錨索永久支護(hù)工序為：返托梁器

→

抬π型梁上托梁器

→

上頂網(wǎng)和鋼帶并與π型梁聯(lián)

→

升托梁器、固定π型梁、上兩側(cè)拉桿

→

π型梁兩端升起單體柱

→

用托梁器臨時支護(hù)升起第二排網(wǎng)片

→

施工頂部兩根錨索

→

放下托梁器臨時支護(hù)

→

鋪設(shè)風(fēng)筒側(cè)幫網(wǎng)

→

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿

→

聯(lián)頂網(wǎng)和幫網(wǎng)；架棚+錨索永久支護(hù)要求為：

①

每次割矸2排，先進(jìn)行架棚支護(hù)，架棚排距為1.2米，然后進(jìn)行錨索支護(hù)，錨索間排距執(zhí)行原作業(yè)規(guī)程；

②

采用“單體柱+π型梁+錨索”永久支護(hù)方式，頂部π型梁壓經(jīng)緯網(wǎng)，幫部只鋪設(shè)風(fēng)筒側(cè)菱形網(wǎng)，臨時聯(lián)網(wǎng)間距均為300mm一道；

③

單體柱頂梁要受力均勻，若出現(xiàn)受力不均，兩側(cè)壓彎梁的現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場實際情況在單體柱或π型梁上鋪設(shè)柱帽或背板；

④

單體柱擺設(shè)角度要根據(jù)巷道坡度設(shè)立迎山角，迎山角為+1

°

，嚴(yán)禁出現(xiàn)過山、退山現(xiàn)象；

⑤

施工風(fēng)筒側(cè)頂角錨桿和幫角錨桿，錨桿打設(shè)位置見底抽巷架棚支護(hù)圖，每次延伸風(fēng)筒前必須施工完成；滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)工序為：采用錨桿鉆車支護(hù)，支護(hù)頂錨桿

→

施工行人側(cè)幫角錨桿

→

鋪設(shè)行人側(cè)幫網(wǎng)

→

支護(hù)剩余幫錨桿，聯(lián)網(wǎng)與支護(hù)平行作業(yè)；支護(hù)要求為：

①

補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)距工作面迎頭的距離不能超過50米；皮帶距幫不小于0.5米，底角錨桿起錨高度不超過0.9米；永久抽放管路距工作面的距離不超過60米；

②

支護(hù)要求嚴(yán)格執(zhí)行底抽巷斷面支護(hù)圖進(jìn)行支護(hù)，橫川、鉆場交叉點(diǎn)支護(hù)執(zhí)行交叉點(diǎn)支護(hù)設(shè)計；回棚工序為：每天檢修班利用錨桿鉆車集中回棚，升起錨桿鉆車臨時支護(hù)與π型梁接實

→

拆除π型梁拉桿

→

將單體柱卸液

→

回收單體柱及柱鞋

→

降下臨時支護(hù)和π型梁，離開頂板100mm

→

升起鉆車平臺，距離π型梁1.5米

→

π型梁兩側(cè)各站2人、同時抬起π型梁

→

將π型梁放在指定地點(diǎn)；回棚要求為：

①

在架棚前，將前一排的永久支護(hù)完畢后，撤去本排棚粱及單體柱，待工作面下一循環(huán)重復(fù)利用進(jìn)行架棚支護(hù)；

②

回棚要安排專門觀山人員，單體柱卸液后，先撤去兩側(cè)單體柱，再回收頂部π型梁。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，其特征在于：所述快速掘進(jìn)工藝的實施需要對原設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，包括：將原有的皮帶架改造成h架，底托輥，實現(xiàn)底皮帶運(yùn)料；每天檢修班檢查風(fēng)筒質(zhì)量，及時處理風(fēng)筒破口的隱患，確保工作面風(fēng)量足夠；將永久抽采支管安裝至距工作面迎頭80m范圍內(nèi)，再通過4寸排水鐵管將抽采系統(tǒng)接至工作面迎頭5

?

10m范圍內(nèi)，保障工作面迎頭始終有抽采系統(tǒng)；使用千米鉆機(jī)在掘進(jìn)后方向掘進(jìn)方向未掘區(qū)域施工鉆孔進(jìn)行連抽；在滯后錨桿支護(hù)段至機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)之間安設(shè)2

?

3道捕塵網(wǎng)，距離捕塵網(wǎng)

500mm范圍安裝降塵噴霧；對原風(fēng)筒的懸掛位置進(jìn)行調(diào)整，原則是司機(jī)位置與風(fēng)筒布置在同一側(cè)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種煤礦底抽巷快速掘進(jìn)方法，涉及煤巷掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。該方法確定巷道支護(hù)設(shè)計方案，包括底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計和底抽巷支護(hù)設(shè)計校核；底抽巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計中，采用“錨網(wǎng)+錨索”組合支護(hù)方式，包括巷道頂板支護(hù)參數(shù)設(shè)計和巷道兩幫支護(hù)參數(shù)設(shè)計；采用割矸+架棚+錨索永久支護(hù)+滯后錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的底抽巷快速掘進(jìn)工藝；快速掘進(jìn)工藝的施工工序為：割矸

技術(shù)研發(fā)人員：張立新 劉毅 張占杰 楊培忠 周文中 趙晉軍 趙帥

受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧工程技術(shù)大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.28

技術(shù)公布日：2021/10/11