浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究

浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究

罗文¹, 黄庆享², 范东林¹, 陈苏社¹, 杜君武², 王生彪¹, 王庆雄¹, 王巍¹, 郭强²

1. 国能神东煤炭集团有限责任公司

2. 西安科技大学 能源学院

摘  要：针对浅埋综采工作面运输巷采用单体支柱超前加强支护工作面推采速度与支护速度不协调、工人劳动强度和安全隐患大、难以实现超前区域少人化等问题, 以榆家梁煤矿52305工作面为工程背景, 采用现场实测、数值模拟和理论分析相结合的方法, 实测了单体超前加强支护条件下的运输巷矿压显现规律, 对比分析了单体加强支护和锚杆(索)主动式加强支护两种情况下的巷道围岩安全稳定性, 并通过理论分析计算了运输巷支护参数, 校验了现场支护的适应性及安全性。研究结果表明: 52305工作面运输巷围岩属于较稳定型, 现场单体超前加强支护条件下, 锚杆(索)承载均在额定载荷的85%以内, 两帮应力分布基本对称, 围岩移近量和松动圈很小, 围岩稳定性较好, 现场超前支护段支护强度偏富余。采动支承压力影响段, 单体支柱主要对顶板0.6 m范围内的局部岩层具有加强支撑作用, 远小于锚杆和锚索支护作用范围和强度。取消单体支护后, 运输巷围岩依然能够保持安全稳定。在榆家梁煤矿52305工作面运输巷超前加强支护段进行了取消单体支护工程试验, 验证了研究结论的可靠性。

关键词：浅埋综采工作面; 运输巷; 支护参数; 主动式超前支护; 现场实测

基金项目：国家自然科学基金资助项目(52074211, 52204154); 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2019JLP-08)

罗文, 黄庆享, 范东林, 等. 浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2024, 6(1): 013037.

LUO Wen, HUANG Qingxiang, FAN Donglin, et al. Active forepoling of transportation roadway in shallow buried fully mechanized mining face[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(1): 013037.

浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究        

1  巷道围岩力学性质及其稳定性分析

　1.1  工作面概况

　1.2  运输巷围岩稳定性

2  运输巷矿压显现规律实测分析

　2.1  顶板锚杆和锚索承载特性监测

　　(1)锚杆锚索承载特性监测方案

　　(2)不同阶段顶板锚杆(索)工作承载规律

　　(3)巷道剖面顶板锚杆(索)工作承载规律

　2.2  两帮超前支承压力分布规律

　　(1)两帮应力监测方案

　　(2)两帮应力分布规律

　2.3  运输巷围岩变形及松动圈发育特征

3  不同超前加强支护方式的数值模拟分析

　3.1  模型构建

　3.2  模型可靠性验证

　3.3  不同加强支护方式围岩稳定性分析

　　(1)围岩控制效果分析

　　(2)围岩移动变形及塑性区发育特征分析

4  运输巷现场支护强度及安全性理论校验

　4.1  考虑两帮破坏的巷道自稳平衡拱理论

　　(1)运输巷两帮的极限破坏深度

　　(2)顶板的自然冒落拱高度

　　(3)自稳平衡拱高度

　4.2  运输巷支护参数理论计算

　　(1)锚杆和锚索的长度

　　(2)锚杆和锚索的锚固力

　　(3)锚杆和锚索的直径

　　(4)锚杆和锚索的间排距

　　(5)理论计算参数

　4.3  运输巷现场支护强度适应性及安全评价

　　(1)运输巷现场锚网的基本支护参数

　　(2)运输巷超前加强支护方式

　　(3)运输巷顶板超前支护强度校核

5  工程试验

6  结  论

作者简介：罗文（1968—），内蒙古凉城人，教授级高工，现任神东公司党委委员、副总经理。

　　1991年毕业于山西矿业学院，获采矿工程专业学士学位，2004年毕业于太原理工大学，获机械工程专业硕士学位。自1991年起入职华能东胜公司补连塔矿工程科工作，历任神东补连塔矿总工程师、副矿长，大柳塔矿矿长、党委书记、生产管理部经理兼党支部书记。

　　始终致力于煤矿开采技术创新及安全生产的研究与实践工作。先后主持了补连塔矿、大柳塔矿改扩建，分别打造出年产2000万t一流矿井与年产3300万t世界第一大井工矿井；针对补连塔矿主斜井施工，提出了管棚支护、旋喷桩支护、立管桩过松散沙、流沙等新工艺，取得良好效果；针对大柳塔矿活鸡兔井12煤复合区上分层综采面回采时未铺设人工假顶的情况，提出了浅埋坚硬特厚煤层上层综采下层综放的放顶煤工艺，实现了安全高效开采；创新“挡矸支架、端头铺网支架、高强度柔模混凝土墙、滞后临时支护”等快速沿空留巷技术与装备，创造了3.8m厚煤层工作面最大留巷速度18m/d的纪录，完善了无煤柱回采技术体系；研发了矿压自动监测、预警系统，有效解决了神东矿区浅埋煤层综采面上覆采空区诱发动载矿压的难题；首创“千米定向钻机+高压水预裂”技术，形成了井下定向长钻孔分段水力压裂工艺，有效解决了神东矿区坚硬顶板大面积悬顶和应力集中区动载矿压产生的安全问题；组织推广应用了泵送支柱支护综采面空巷顶板，确保了综采面顺利通过大断面空巷群，发明了可拆卸锁具、防挤压托盘专利，提高了支护效果；组织研发了世界首台7m大采高易维护全直齿传动摇臂，创造了单日割煤22刀、产煤4.62万吨的纪录；主持了高效全断面快速掘进系统、世界首个8.8m超大采高智能综采工作面和神东智能综采工作面等创建工作；参与完成了国家十二五科技支撑计划“盾构施工煤矿长距离斜井关键技术研究与示范”项目的应用示范工程，创造了单日进尺42米、单月进尺639米及井筒一次成巷2745米的纪录，在国内外煤炭行业起到了引领和示范作用。

　　深入总结生产经验，先后编制和修订了《综采工作面贯通质量验收规范》和《水力压裂施工技术规范》等企业生产技术规范，编制了《矿用自动化防水闸门》等行业标准，积极参与《煤矿安全规程》修订工作，向国家煤监局提报了关于采掘方面65条修订意见，其中19条被采纳，短壁机械化开采第一次写入规程，形成了一套符合神东地质条件与生产要求的安全高效技术体系，进一步提高了神东在全国煤炭行业规范制定方面的话语权，促进了神东技术、规范在全国的推广。        

　　兼任全国煤炭支护专家、中国煤炭工业协会第四届煤炭工业技术委员会井工开采与设计专家委员会委员、应急管理部信息研究院“煤炭工程技术共享平台专家”、煤矿火灾及瓦斯防控国家矿山安全监察局重点实验室副主任、中国矿业科学协同创新联盟理事会副理事长、鄂尔多斯市人民政府“首席专家”。

　　发表论文35余篇，授权专利23项；获中国煤炭工业协会科学技术奖15项，中国安全生产协会科技进步奖3项，全国煤矿支护技术创新成果奖12项，国家能源集团奖励基金特等奖2项，国家能源集团科技奖一等奖2项、二等奖2项；先后荣获煤炭工业科技进步矿井“先进工作者”、全国煤炭工业“优秀矿长”、全国煤矿支护“优秀管理者”、全国煤矿“支护先进个人”、国家能源集团“科技创新先进个人”“集团煤炭班组建设先进工作者”等荣誉称号。

通信作者：黄庆享，男，1966年生，新疆沙湾县人，二级教授，博士生导师，矿业工程博士后科研流动站站长。

　　立德树人，为人表率，培养出一批感动中国矿工、总经理、总工程师等杰出学子。潜心科研，治学严谨，创立了浅埋煤层岩层控制理论和保水开采方法，支撑了我国西部世界级大煤田安全绿色开采，赢得广泛社会赞誉。

　　全国优秀教师，百千万人才工程国家级人选，国家有突出贡献中青年专家，享受国务院政府特殊津贴，教育部新世纪优秀人才，国家公派美国西弗吉尼亚大学访问学者（合作导师S.S.Peng院士），全国煤矿支护优秀专家，陕西省百篇优秀博士学位论文和省级优秀博士毕业生导师，《矿山压力与岩层控制》国家级一流课程负责人，中国煤炭工业技术委员会委员，中国煤炭学会开采专委会委员，陕西煤矿安全监察局煤矿安全生产专家，《采矿与安全工程学报》、《采矿与岩层控制工程学报》和《西安科技大学学报》编委。        

　　先后主持国家自然科学基金6项，发表学术论文120余篇，授权国内外专利30余项。获国家科技进步二等奖1项，省（部）级科学技术一等奖7项，陕西省自然科学优秀论文一等奖1项和发明专利金奖1项。《科学中国人》、《中国科技成果》、《科技日报》等先后报道了其创新成果。荣登2021年度《陕西人才》第1期封面人物，荣获2022年度陕西省师德标兵，入围2022年度全球前2%顶尖科学家终身成就榜。

　　《采矿与岩层控制工程学报》由康红普院士担任主编，中国煤炭科工集团有限公司主管，煤炭科学研究总院有限公司主办。双月刊，双月25日出刊。

　　《采矿与岩层控制工程学报》为中文核心期刊、中国科技核心期刊，并被高质量科技期刊分级目录、《世界期刊影响力指数（WJCI）报告（2021科技版）》目录收录。

2021年被Scopus数据库收录。

2022年入选“中国国际影响力优秀学术期刊”(TOP5%~10%)。

2023年入选“中国最具国际影响力学术期刊”(TOP5%)。

　　《中国科技期刊引证报告（核心版）自然科学卷》2023版显示，《采矿与岩层控制工程学报》在“矿山工程技术”学科的25种核心期刊中，影响因子为2.735，学科排名第2。《中国学术期刊影响因子年报（自然科学与工程技术·2023版）》显示，《采矿与岩层控制工程学报》在“矿山工程技术”学科的75种期刊中，复合影响因子为5.102，学科排名第2，期刊综合影响因子为3.908，学科排名第2。

办刊宗旨：介绍采矿工程、矿山岩体力学与岩层控制工程及交叉学科领域的新理论、新方法、新技术、新成果，为推动采矿工程、工程岩体力学与岩层控制工程学科的发展，加强国内国际间的学术交流、人才培养和现代化建设服务。

刊登范围：采矿工程、工程岩体力学与岩层控制、绿色开采、智能开采等方向有较高学术水平和实用价值的最新研究理论与成果。

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