建筑物下壓煤條帶煤柱支護設計

第17卷第5期(總第108期)煤礦開(kāi)采Vol. 17No.5 ( Series No. 108 )2012年10月Coal mining TechnologyOctober 2012特殊親煤與礦區環(huán)境沿理建筑物下壓煤條帶煤柱支護設計劉義新'，戴華陽(yáng)'，董榮泉”，田秀國”，廖孟光'(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京),北京10083; 2.開(kāi)灤(集團)有限責任公司，河北唐山063018)摘要]以某礦建筑物群下壓煤條帶開(kāi)采區為工程背景，對原條帶開(kāi)采設計進(jìn)行了優(yōu)化，提出了縮小留設條帶煤柱，并對留設煤柱進(jìn)行錨桿和巷柱的聯(lián)合加固技術(shù)方法--巷柱式聯(lián)合加固 留設煤柱條帶開(kāi)采技術(shù)，并給出了錨桿和巷柱的有關(guān)設計參數。[關(guān)鍵詞]建筑物壓煤; 條帶開(kāi)采;煤柱;巷柱式聯(lián)合加固;采出率[中圖分類(lèi)號] TD355.9 [ 文獻標識碼] A [文章編號] 1006-6225 (2012) 05-0067-03Supporting Design of Strip Coal-pillar under BuildingsLIU Yi-xin' ，DAI Hua-yang' ，DONG Rong-quan2 ，TIAN Xiu-guo2 ，LIAO Meng-guang'(1. China University of Mining & Technology ( Beijing)，Beijing 00083, China;2. Kailuan (Group) Co. ，Ltd. ，Tangshan 063018，Chinu)Abstract: This paper optimized the design of strip mining under buildings in a mine and put forward roadway -illar combined rein-forcement technology which included reducing pillar width, applying anchored bolt to supporting coal-pillar. Parameters of anchoredbolt supporing and coalpillar design were present.Keywords: coal under building; strip mining; coal pillar; roadway pillar combined reinforcement; mining ratio條帶開(kāi)采作為部分開(kāi)采方法之- -，雖然其采出1384m，傾斜長(cháng)106 ~ 220m,平均163m。工作面標率低，但因其能有效地控制覆巖及地表的移動(dòng)和變高為-991.5~-1098. 1m,地面標高48m。區域內形，在目前的經(jīng)濟技術(shù)條件下，仍不失為建筑物下出露地層從下至上有寒武系、奧陶系、石炭系、二壓煤開(kāi)采的一-種切實(shí)可行的技術(shù)途徑,在我國煤礦迭系和第四系。第四系松散層厚度5~ 10m。開(kāi)采仍被廣泛采用1-31。煤層為石炭二系12煤，煤層平均采厚2. 1m,平均為適應煤礦高采出率開(kāi)采技術(shù)的要求，盡量多傾角35°。直接頂為黑色腐泥質(zhì)黏土巖，平均厚度的回收寶貴的煤炭資源，如何進(jìn)-一步提高條帶開(kāi)采1. 86m,抗壓強度為10. 86MPa，直接項強度較大,的采出率，則是目前我國條帶開(kāi)采研究的技術(shù)關(guān)而基本頂強度較小，直接底為深灰色粉砂巖,泥質(zhì)鍵。以某礦建筑物群下壓煤條帶開(kāi)采區為工程背膠結。根據相鄰工作面回采實(shí)踐，巷道礦壓顯現較景，對原條帶開(kāi)采設計進(jìn)行了優(yōu)化，提出了縮小留大，特別是底鼓嚴重。地質(zhì)構造復雜，有多條斷設條帶煤柱，并對留設煤柱進(jìn)行錨桿和巷柱的聯(lián)合層，都會(huì )給巷道維護和安全生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。水加固技術(shù)方法-巷柱式聯(lián)合加固留設煤柱技術(shù)，文情況較為簡(jiǎn)單，對生產(chǎn)影響不大。采用走向長(cháng)壁進(jìn)而提高條帶開(kāi)采采出率。目前國內外煤柱加固的采煤法，全部垮落法控制頂板，回采工藝為爆破采方法很多(4-10]，已取得了一定的理論成果和實(shí)踐經(jīng)煤工藝。驗，已有的煤柱加固方法有:木銷(xiāo)和錨桿加固、注采動(dòng)區上方地表建筑物有居民住宅(平房和漿加固、矸石及木垛加固和高水材料墻加固等。但樓房)和工廠(chǎng)、學(xué)校等結構不同的建筑物，還有條帶煤柱錨桿加固和巷道支撐柱聯(lián)合加固技術(shù)至今鐵路、 公路、供電系統、通訊系統、煙囪等構筑是一個(gè)空白。研究對老礦井資源挖潛，延長(cháng)礦井服物。由于建筑質(zhì)量不一，建(構)筑物形狀、尺務(wù)年限等具有重要意義。寸結構不同，所以其抗采動(dòng)變形能力差異較大。為確保地表建筑群的安全，決定采用條帶開(kāi)采方式1條帶開(kāi)采區井 上下概況開(kāi)采該區域。原設計條帶采寬為80m，留寬為條帶開(kāi)采區走向長(cháng)1372 ~ 1396m， 平均120m，中國煤化工[收稿日期] 2012-07-18MHCNMHG[基金項目]教育部2011 年度高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項科研基金(博導類(lèi))資助項目(010023110014)[作者簡(jiǎn)介]劉又新(1980-), 男，山東棲霞人，博士,在站博士后，從事礦U開(kāi)采沉陷和“三下"采煤方面的研究工作。67總第108期煤礦開(kāi)采2012年第5期2條帶開(kāi)采優(yōu)化設計為最大限度地提高煤炭采出率，延長(cháng)礦井服務(wù)年限，對原設計的條帶開(kāi)采采80m、留120m進(jìn)行優(yōu)化設計(簡(jiǎn)稱(chēng)原方案)。在原方案的基礎上，提出如下2個(gè)條帶開(kāi)采方案供優(yōu)選分析:.方案1條帶采寬100m， 留寬100m,采出率為50%并進(jìn)行巷柱式聯(lián)合加固。方案2條帶采寬 120m,留寬80m,采出率為60%并進(jìn)行巷柱式聯(lián)合加固。圖1常規錨桿布置斷面通過(guò)對2方案條帶煤柱未加固時(shí)的安全系數、索補強。錨索布置為沿巷道走向打雙排錨索，即每煤柱的寬高比及煤柱核區率等進(jìn)行檢核得出:方案隔兩排錨桿，打兩根錨索。錨索布置在距兩幫1m1條帶煤柱滿(mǎn)足條帶煤柱穩定性的要求，而方案2處，打在兩排錨桿中間。條帶煤柱安全系數小于要求的安全系數，結合該區2.2巷道巷柱加固設計域復雜的地質(zhì)條件,煤柱存在垮塌的隱患。故取方為確保留設條帶煤柱的長(cháng)期穩定性，保證煤柱案1為原方案的優(yōu)化方案。與原方案相比，條采面有足夠的承載力，可采用錨桿+巷柱的聯(lián)合支護體采寬增加20m,留寬減少20m，采出率提高10%。系，即在巷道錨桿支護的基礎上，在巷道中施加巷2.1錨桿支 護設計柱，且作為一種永久的點(diǎn)柱支護。巷柱能夠有效地錨桿支護參數的選擇基于工程類(lèi)比法分2種情支撐巷道上方的頂板，充分發(fā)揮巷旁支護對頂板，況:一種采取常規錨桿間排距，一種采用加大錨桿“頂”的作用，大大減輕了煤柱承受的載荷。間排距。常規錨桿間排距取0. 8m，此段先行采用，巷柱設計為鋼筋混凝土柱，且配置- -定數量的通過(guò)對此段支護效果的觀(guān)測分析，如巷道變形量、縱筋?；炷翉姸鹊燃壊捎肅30 ~ C40，鋼筋采用頂板離層和錨桿受力等都很小，再試驗加大錨桿間HRB400級鋼筋。巷柱的尺寸不能影響巷道的通排距。初步確定錨桿間距擴大到1m,錨桿排距加風(fēng)、運輸、行人等，同時(shí)與煤壁的距離不宜太大，.大到0. 9m。錨桿支護初始設計如下:選用距離為500mm;巷柱的排距結合錨桿支護設(1) 頂板為φ22mm x2200mm， MSCLW - 500計，把巷柱的位置設在錨桿支護較弱的位置(即高強左旋螺紋鋼，屈服強度≥500MPa，破斷力≥位于兩錨桿中間)，所以巷柱排距初步確定為250kN,桿體延伸率≥23%;配高強可調托盤(pán)，w800mm及1600mm。根據巷柱的不同位置,有3種.鋼帶采用厚2.5mm的Q235鋼板冷壓成型;金屬網(wǎng)不同情況的巷柱設計:巷柱位于巷道上幫側(煤采用普通礦用菱形金屬網(wǎng)。錨索直徑15. 24mm,壁);巷柱位于巷道下幫側(工作面);巷柱位于長(cháng)度7000mm。加長(cháng)錨固，MSCK2333型錨固劑1巷道兩幫。卷，MSK2333型2卷。依據《混凝土結構設計規范》、《普通混凝土(2)兩幫錨桿為φ20mmx2000mm, 20MnSi 左配合比設計規程》，以最優(yōu)配筋率為準則對巷柱具旋螺紋鋼錨桿，屈服強度335MPa，破斷力≥體尺寸和形狀進(jìn)行了設計和分析,經(jīng)對各種情況下150kN,桿體延伸率≥16%。金屬網(wǎng)與頂板相同，綜合比較得出:當巷柱排距為800mm時(shí)，選用尺鋼筋梁采用礦上常規規格，鋼筋直徑為12 ~寸為500mmx500mm的矩形巷柱，直徑為32mm的14mm;托盤(pán)與桿體強度相匹配，一般厚度不低于HRB400型鋼筋4根，直徑10mm的箍筋8根;當8mm,規格120mmX120mm。加長(cháng)錨固，錨固劑用巷柱排距為1600mm 時(shí)，選用尺寸為700mmX量同頂板。700mm的矩形，直徑為32mm的HRB400型鋼筋8(3)巷道上幫高3.9m，下幫高1.75m， 斜長(cháng)根，直徑10mm的箍筋8根。優(yōu)選后一種巷柱支護4.2m，中寬3.5m，中高2.6m,開(kāi)采煤厚2. 1m。參數，巷柱截面配筋分布示意見(jiàn)圖2。常規錨桿布置如圖1所示。2.3效益中國煤化工(4) 由于巷道埋深較大，且巖層結構比較復根據該HCNMHG計劃在回風(fēng)巷雜，單靠錨桿支護不能有效地防止深部圍巖產(chǎn)生離內靠近終采線(xiàn)處取150m巷道作為試驗段進(jìn)行巷柱層。采用長(cháng)度為7m的φ15.24mm低松弛鋼絞線(xiàn)錨式聯(lián)合加固留設條帶煤柱試驗。就該150m試驗段68劉義新等:建筑物下壓煤條帶煤柱支護設計2012年第5期策.巷柱的有關(guān)設計參數。(3)按照優(yōu)化方案開(kāi)采采出率由40%增加到箍筋50%，試驗段150m可多采出煤量10kt，可取得良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，可為類(lèi)似條件的開(kāi)采提供借鑒。圖2巷柱捧距為 1600mm的巷柱尺寸與配筋而言，條帶開(kāi)采區采用優(yōu)化方案與原方案相比，采[參考文獻]出率由40%增加至50%，采出率提高10%;采出量增加約10kt;生產(chǎn)利潤由1163.7萬(wàn)元增加到[1]何國清，楊倫,凌賡娣，等。礦山開(kāi)采沉陷學(xué)[M].徐1727.5萬(wàn)元; 29U 或36U型鋼巷道支護成本52.5[2] 郭文兵，鄧喀中，鄒友峰.條帶開(kāi)采的非線(xiàn)性理論研究及應州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.萬(wàn)元，錨桿支護成本為21.3萬(wàn)元，巷柱費用為用[M] .徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2005.25.3萬(wàn)元;優(yōu)選方案節約支護成本5.9萬(wàn)元;優(yōu)[3] 吳立新，王金莊，劉延安，等.建(構)筑物下壓煤條帶開(kāi)選方案比原方案多得經(jīng)濟效益579. 8萬(wàn)元。采理論與實(shí)踐[M] .徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.同時(shí)，條采區采用巷柱式聯(lián)合加固進(jìn)行開(kāi)采,[4] 吳立新，王金莊，郭增長(cháng)，煤柱設計與監測基礎[M] .徐有效地解放了大量寶貴的煤炭資源，增加了原煤產(chǎn)[5] 任建華，康建榮，何萬(wàn)龍。錨桿加固條帶煤柱的離散元模擬州:中國礦業(yè)大學(xué)出版杜, 2000.量，避免了國家資源的浪費，延長(cháng)了礦井服務(wù)年分析[J] .山西礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1997 (2): 25-29.限，經(jīng)濟效益和社會(huì )效益明顯。[6] 段書(shū)武.煤柱錨桿加固機理與煤柱強度影響因素分析[J] .煤礦開(kāi)采，2009, 14(3): 62-64, 115.3結論[7] 趙忠明，王建學(xué)，李德海，等。金橋煤礦首采區條帶開(kāi)采設(1)對試驗區原條帶開(kāi)采設計(采寬80m,計[J] .煤礦開(kāi)采，2003 (1): 40-41, 57.留寬120m,采出率為40%)進(jìn)行了優(yōu)化，提出了[8]朱澤虎。錯固小條帶煤柱承載能力的剛塑性分析[J] .煤礦開(kāi)采，1997 (S); 34-36.優(yōu)化方案:采寬100m，留寬100m,采出率為[9] 朱澤虎.用錨固法解放“三下”壓煤的基礎性研究[J] .煤50%。礦開(kāi)采，1997 (S): 75-78.(2)提出了巷柱式聯(lián)合加固留設煤柱條帶開(kāi)[10]楊躍翔.房柱式開(kāi)采煤柱設計及錨固法煤柱加固技術(shù)研究采技術(shù)，并對試驗區進(jìn)行了設計,并給出了錨桿和[D] .北京:煤炭科學(xué)研究總院，2002.[責任編輯:林健](上接15頁(yè))(3)水固比5: 1時(shí)，A料研磨時(shí)間10min、 B壓強度。這可能是由于A(yíng)料與B料各自礦物在水料研磨時(shí)間30min的組合，結石體抗壓強度最高,中的溶解擴散速率不同造成的。A料中的硫鋁酸鈣為1. 23MPa。并非原料粒徑越小，結石體強度越礦物水化較快，而B(niǎo)料中石膏水化溶解相對較慢,高，而是存在著(zhù)一個(gè)最佳顆粒級配，在此顆粒級配所以B料粒徑需要更小一些，實(shí)現水化溶解速率下結石體可以在保證高含水量下獲得高抗壓強度。與A料中水化速率相匹配，生成更多的鈣礬石。(1)水固比為3: 1時(shí)，隨著(zhù)A料B料配比逐[1] 余偉健，王衛軍.矸石充填整體置換“三下”煤柱引起的巖漸增加，材料結石體的強度呈現先增大后減小的趨層移動(dòng)與二次穩定理論[J] .巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2011,30 (1): 105-11. .勢，在配比為1 :0.8時(shí)達到最大。當水固比為52]于潤滄.我國充填工藝創(chuàng )新成就與尚需深入研究的課題[J].:1時(shí)，隨著(zhù)A料B料配比逐漸增加，材料結石體采礦技術(shù)，2011, 11 (3): 1-3.的強度呈現增大的趨勢。3]其俊，李北星，周明凱，等。高水速凝固化材料的性能及(2)水固比為3:1時(shí)結石體抗壓強度為其水化硬化機理研究[J] .水泥技術(shù)，1995 (5): 3-6.2.28MPa,水固比5: 1時(shí)為0.37MPa,水固比7 :[4} 王培月.高水材料固結尾砂充填工藝在玲瓏金礦的應用[J].1時(shí)為0.3MPa,水固比為9: 1時(shí)，高水材料結石[S]彭美勛，中國礦業(yè)中國煤化工，二材料的組分對其性體仍具有可觀(guān)的強度，其抗壓強度仍可達到能與微結MYHCN MH Goll. 26(3).0.13MPa。[責任編輯:施紅霞]59