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1、中煤平朔煤业有限责任公司科学技术进步奖申报书一、项目基本情况奖励类别：推广应用奖 专业组： 编号：中文 东露天矿原煤运输通道施工中特殊地段支护方案及端帮巷优化设计项目名称英文Transportation construction of special area of roadway support plan and design optimization in East open-pit mine coal主要完成人郑亮 任利明 茹进刚 吴吉南 刘如成 高福全 蔡光琪 常永刚 郭富强张国强 刘智泉 孙增鹏 郭西领主要完成单位 东露天矿建设项目部申报奖励等级 一等申报单位（盖章）东露天矿建设项目
2、部密级、保密期限 无主题词 巷道优化设计 桁架支护 联合支护 井下试验任务来源A、 国家计划 B、部委计划 C、省、市计划 D、公司计划 E、基金资助 F、国际合作 G、其它单位委托 H、自选 I、其它（）计划（基金）名称和编号项目起止时间 开始：2011 年 6 月 1 日 完成：2011 年 9 月 30 日 联系人及电话 刘智泉 15835498004 填报时间 2011 年 3 月 12 日二、项目简介项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况1、简易锚网索桁架耦合支护在东露天原煤巷道的应用技术是根据东露天矿4 煤顶板为典型复合顶板，顶板上部不规则沉积 1.52.5 米风化泥岩
3、，泥岩上部为 2 米厚风化砂岩，层理发育含水的地质情况，正常的锚索支护无法满足顶板支护需求而进行的优化方案设计，项目对岩层岩性进行分析，研究应力分布情况，得出简易桁架结构锚网索结构进行支护巷道顶板，可以充分发挥顶板自承能力，可以满足 4 煤 1#端帮巷顶板支护要求。项目研究内容涵盖了采矿学、力学等相关技术领域，该研究项目在东露天矿成功应用，施工中采用 6.3 米长锚索配合 4.5 米槽钢拉杆形成简易锚索桁架结构，将锚索锚固端锚固在稳定煤体中，取得了良好支护效果，锚索预紧时都能达到 25Mpa 以上，采用简易锚网索桁架支护方式后，充分发挥了顶板的自承能力，巷道顶板得到有效控制，安全得到保障。而且
4、比工字钢棚每米节约费用近 3000 元，经济效果显著。该项支护技术施工简便、断面利用率高、工期短、费用低、具有良好的推广价值，平朔矿区 4 煤、9 煤及 11 煤的巷道施工中可采用该项技术进行巷道施工支护。2、 “锚、网、索、U 型棚、喷浆”支护技术在斜井穿层巷道中的应用研究是根据东露天矿原煤输运通道布置在石炭系上统太原组岩层中，下山布置，穿层施工，巷道托顶煤穿层掘进，由煤层顶板穿至煤层底板，巷道断面形状采用半圆拱形，穿越时需逐渐托顶煤施工，当掘进巷道顶板逐渐见煤后，传统的采用 U 型棚架棚或工字钢架棚支护由于其支护强度低、支护状态被动，随着时间的推移，支护结构往往遭到破坏，不能满足使用要求，
5、造成 1 次或多次返修，且返修工作困难这种实际困难进行的支护方式改造。项目主要对施工区域地质条件、各种支护方式进行分析，从而取各支护方式优点，得出“锚、网、索、U 型棚、喷浆”联合支护方案，同时对其施工方法、施工步骤。项目研究涵盖了采矿学、力学以及工程学的相关技术，该项技术在东露天矿应用后，虽然一次性施工费用有所增加，但该技术支护后的巷道基本不用维修，节约了维修费用，同时提高了巷道的安全性。3、东露天矿端帮巷道贯通优化设计项目是平朔东露天矿为解决端帮运煤巷道与矿坑 4#煤底板提前顺利贯通的课题，项目涵盖了采矿理论、运筹学、经济分析等相关技术领域，是多种学科综合应用研究项目。项目主要内容包括巷道
6、断面优化研究、巷道贯通的掘进程序，以及端帮平盘的优化设计等，本项目根据端帮巷服务年限短的特点，将巷道原设计的拱形断面优化为矩形断面，将巷道出口段 29U 型棚架棚支护改为 11#矿用工字钢对棚支护，并将巷道坡度进行调整，将出口标高由+1262.3m 提升至+1270.9m，利于矿坑破碎站的布置，同时，将端帮巷长度缩短至 180m。将南帮 1290 平盘边界进行调整，将 1290 平盘宽度由 40m 缩小到 21m，4 煤端帮巷随之向南侧缩短 38m，缩短巷道长度，加快了 4煤端帮巷与矿坑的贯通进程。东露天通过该项目的实施应用，在 2011 年 8 月11 日成功实现 4#煤巷道与矿坑 4#底板
7、的顺利贯通，并增加露煤量 18 万 t，直接经济利润 1440 多万元。三、项目详细内容1、立项背景平朔东露天矿是国家“十一五”规划的重点建设项目，也是山西省和中煤集团重点建设项目之一，露天矿采用国际最为先进的开采工艺。东露天煤矿的开发建设不仅项目本身能够获得良好的经济效益，而且将为我国特大型露天煤矿采用新工艺、运用新技术树立榜样，为我国特大型露天煤矿的发展方向奠定基础。项目的建成后将形成集煤炭、电力、硅铝、建材、物流于一体的东露天循环经济园区。按照设计，东露天矿采用先进的单斗卡车端帮它移式破碎站运煤通道地面生产系统半连续采煤工艺，端帮运煤系统缩短了煤的运输距离，同时充分回收了露天矿端帮的煤炭
8、资源。东露天 4 煤运输通道布置在矿坑南帮煤层中，是连接矿坑与选煤厂枢纽通道，4 煤顶板为典型复合顶板，顶板上部不规则沉积 1.52.5 米风化泥岩，泥岩上部为 2 米后风化砂岩，层理发育含水，并且该区域顶板是小型向斜，并向矿坑方向呈单斜构造，倾角-4，在巷道掘进中会受到顶板泥岩及风化砂岩的严重影响，在斜井穿层施工揭露 4#煤层时出现施工时，揭露风化泥岩及砂岩，在原始支护设计基础上增加 U29 拱型棚支护并采取喷浆密闭，顶板稳定性得到有效控制；另外，在端帮巷掘进施工中受向斜影响，锚索支护锚固端遇到煤层顶部泥岩松软，局部有空洞现象，无法正常进行锚索支护。遇因此需要对该区域支护方式进行优化设计，有
9、效控制顶板。根据 4 煤端帮巷服务年限短的特点，将巷道原设计的拱形断面优化为矩形断面，将巷道出口段 29U 型棚架棚支护改为 11#矿用工字钢对棚支护，并将巷道坡度进行调整，将出口标高由+1262.3m 提升至+1270.9m，利于矿坑破碎站的布置，同时，将端帮巷长度缩短至 180m。将南帮 1290、1305 平盘边界进行调整，4 煤端帮巷随之向南侧缩短 38m，缩短巷道长度，加快了 4 煤端帮巷与矿坑的贯通进程。通过以上一些列支护方案优化及巷道断面优化，在 2011 年 8 月11 日成功实现 4#煤巷道与矿坑 4#底板的顺利贯通，并增加露煤量 18 万 t，直接经济利润 1440 多万元
10、。为顺利实现了东露天矿“9.30”带煤试运转目标奠定了坚实基础。2、详细科学技术内容（一）锚网索桁架结构是在锚杆支护基础上对锚索支护采取桁架结构进行支护，将锚索锚固在稳定煤岩中，达到良好支护效果的一种方法。锚索下端采取 14#槽钢连接，起到拉杆的作用，并施加一定预应力，使锚索与拉杆形成一个支护整体。这种结构的特点是通过拉杆可施加较大预应力，从而有效控制顶板应力状态，达到稳定支护的效果。锚杆锚索桁架结构简单、安装方便、节约钢材、降低陈本，适用于顶板较破碎的大断面巷道和悬顶面积较大的巷道交叉点及复合顶板巷道中。东露天矿 4 煤 1#端帮巷掘进断面：宽高=5.3m3.8m ，锚杆采用222400mm
11、 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距 900mm900mm，锚索采用 17.87300mm 七芯钢绞线耦合支护，双排布置，排距 2700mm。在端帮巷施工前 130 米时未出现支护问题，但随巷道继续掘进中发现顶煤为 5 米，直接顶为 1.5 米-2.5 米松软泥岩，局部有空洞现象，且泥岩顶部为风化砂岩，含少量水。此时，原有支护的锚索已完全不能施工，树脂药卷无法推入，或推入后凝固时间长，凝固效果极差，预紧时最大预紧力 10Mpa，不能满足支护要求，如采取架棚支护，费时费工费料，成本高。经过分析，采取简易锚索桁架结构进行支护，依据顶煤厚 5 米，结合桁架结构原理，采用 6.3 米长锚索配合 4.5
12、米槽钢拉杆形成简易锚索桁架结构，恰好将锚索锚固端锚固在稳定煤体中，施工中取得了良好支护效果，锚索预紧时都能达到 25Mpa 以上。简易锚索桁架结构如下图所示。4 煤 1#端帮巷简易锚索桁架结构图锚索井下施工可分为钻锚索孔固定槽钢锚索安装张拉等四道工序。1）打锚索孔。根据巷道中线及槽钢预留孔的孔距定锚索孔位，采用MQT120 气动锚杆钻机配合 1.2m 长 B19mm 六棱中控钻杆进行钻孔，钻杆间使用连接套连接。钻孔与巷道顶板夹角 45。2）固定槽钢。槽钢预留孔于锚索孔对正，用扎丝将槽钢与顶网固定。3）锚索安装。将锚索孔内依次放入 4 根 k2335 树脂药卷，将锚索锚固端顺入锚索孔，人工推进，
13、待药卷均被推到孔顶时，使用锚杆机进行搅拌，匀速搅拌 30s，继续保持推力 1min。4）锚索张拉。在锚索搅拌 10min 后，上小托盘（90mm90mm10mm） ，采用手动或风动张拉机具张紧。张紧控制在 2025Mpa，达到要求后退下张拉机具，锚索外露控制在 150300mm。（二） “锚、网、索、U 型棚、喷浆”支护技术是两种不同支护技术的联合互补，通过锚网支护使围岩及时形成稳定的支护承载圈，实现主动承载，并保证支护围岩体的稳定性和整体性；通过 U 型棚支护对外围的锚网支护体再次支护、加固，调整外围锚网支护的应力重新分布，使 U 型棚支护体上的受力均匀分布，控制围岩进一步变形，用喷浆支护封
14、闭围岩，增强 U 型棚整体性、连接性、稳定性，从而提高 U 型棚的受力强度。该支护手段可以有效地控制围岩变形和煤层脱落及冒顶事故的发生。东露天矿掘进巷道顶板逐渐见煤后，支护方式由原有的锚、网、索、喷支护改为“锚、网、索、U 型棚、喷浆”支护。具体内容为：巷道掘出后，先采用锚杆、网片、锚索及时对巷道进行支护，防止顶板煤脱落和片帮现象；所用锚杆采用 222400mm 的螺纹钢钢锚杆，树脂药卷端头锚固，锚杆间排距为900900mm，矩形布置，然后使用 U 型棚进行套棚支护，所用 U 型棚规格为净宽 5000净高 4100mm 的成型 U 型棚，棚距为 600mm。U 型棚上铺设金属网片，网片采用网格
15、为 100200mm 的 6mm 钢筋网全面铺设，每钩必联，采用木材背帮、刹顶并背紧背牢。以上支护实现锚网索与 U 型棚双重支护，最后喷射混凝土与 U 型棚表面平，混凝土强度为 C20。为保证 U 型棚支护强度，防止 U 型棚发生变形，在 U 型棚棚腿下部使用 C30 混凝土将巷道铺底，使巷道形成整体结构拱，保证巷道支护强度。通过锚网支护，首先对揭煤围岩实施主动承载，在巷道围岩四周首先形成一个主动承载圈，有效控制了围岩的深度变形，使巷道围岩基本趋于稳定。在此基础上，通过 U 型棚支护实现被动承压，进一步控制围岩的过度变形。同时U 型棚支护也是外围锚网支护变形到一定程度时促使围岩应力重新分布的直
16、接使力体，使围岩应力作用到 U 型棚四周的力相对均匀，不至于因支护体的某一部位因过度受力而导致支护体失效。其次该支护方案在施工中采用了先锚杆后U 型棚的施工顺序，在支护原理上又实现了先锚杆后 U 型棚的支护顺序。这种新的施工思路和支护思路在施工中有效的保证了巷道成形，防止了片帮、冒顶事故的发生，保证了锚杆支护效果，在实际支护中又能使锚杆的主动支护及时得以实现。另外喷浆支护在该支护结构中不仅仅是封闭、补强的作用，其更主要的作用是增加了 U 型棚相互之间的连接，起到了 “撑杆”的作用，使所有 U型棚形成了一个整体支护结构，从而也防止了 U 型棚因受力不均而造成的扭曲变形现象。同时该方案实施过程中在 U 型棚的棚腿柱脚、起拱线、拱顶位置采用了连锁对 U 型棚进行了固定，增加了 U 型棚支护的闭合性和稳定性，使 U型棚的收缩变形只有当深部围岩收缩变形时才发生，避免了因局部锚网支护变形造成的
