Total 2002019年第12期
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
No.12,2019
机械分析与设计
DOI: 10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2019.12.022
二次采动影响下锚索桁架联合支护技术的研究
张朝勇
(沁和能源集团有限公司永安煤矿，山西晋城048205)
摘要：以永安煤矿西三中间巷为研究对象，对预应力桁架锚索被应用于采动垮冒煤巷的支护机理进行了分 析。运用中性轴理论分析了顶板在无支护条件下以及采取预应力桁架锚索支护后顶板内部受力情况及支护前 后拉压应力区的变化情况，确定了桁架锚索合理的底部跨度以及合适预应力大小的计算方法。对永安煤矿西三 中间巷采用了桁架锚索联合支护设计方案，监测数据理想，该支护设计可以较好地控制巷道变形问题。关键词：桁架采动影响预应力桁架锚索中图分类号:TD353
文献标识码:A
文章编号：1003-773X( 2019 ) 12-0051 -02
引言
响期、初次采动稳定期以及二次采动影响期等多个
在我国煤矿井下巷道开采中，受二次采动影响 阶段，巷道失稳可能性大
巷道的支护设计问题一直是技术难题，以往对于受 2高预应力锚索桁架支护机理的分析
二次采动影响巷道的支护多数企业采用传统的锚杆 主要是从巷道受力作用出发研究预应力锚索桁 索支护，特别是锚索支护多为单一支护作用，在受二 架的支护机理。
次采动影响作用下的支护效果不佳。钢绞线预拉力
2.1巷道顶板无支护下受力的分析
桁架的引入有利于发挥锚杆和锚索联合支护的支护 在巷道不采取任何支护的情况下，巷道顶板受力 潜力。桁架锚索主动控制系统克服了单纯锚索支护 情况可以看作是两端固定梁在均匀载荷的作用下的 不能提供水平张紧力的缺陷，也从根本上解决了锚 弯曲变形，则此时最下一层顶板以厚度的一半为分界 索钢带联合支护的被动承载问题，使得支护效率大 层发生变形，上部受压，下部受拉，这个分界层为中性 大提高。本文基于采动影响的二次复用巷道，对桁架 层，反映在平面上即为一条曲线，称为中性轴。
锚索的支护机理和应用进行了深人的研究。根据理论力学基本原理，梁在纯弯曲时横截面 1
工程背景
上任意一点处正应力为：
沁和能源集团永安煤矿位于孝义市兑镇镇，隶 属于霍西煤田汾孝矿区西部煤田。矿区面积124 午
km2,含煤地层为石炭系上统太原组和二迭系下统山 式中:M为横截面上的弯矩;A为横截面对中性轴2 西组,地质构造简单，煤层稳定，涌水量小,瓦斯量 的惯性矩7为所求应力点的纵坐标。
低，倾斜度小，具有较优越的天赋条件。设计生产能 在横截面上离中性轴最远的各点处，正应力值 力120万t/a，当前主要开采10号和11号煤层。
最大。因为中性轴为顶板的对称中心，因此截面上的 根据现场调研显示，在永安煤矿东翼10105工 最大正应力为：
作面开采过程中中间巷巷道出现了大面积下沉，部 分区域甚至出现了锚杆索等支护构件损毁和恶性冒 ‘普
_
顶事故，通过分析现场地质生产条件以及煤矿规划 在无采动影响条件下，若(^<(7
S为岩石的
设计，得出该矿煤炭安全开采面临的主要问题和发 极限拉应力）,认为巷道顶板岩体拉应力最大值处于 生顶板安全事故的主要原因如下:第一，巷道设计宽 极限应力之内，岩体没有发生破坏，处于稳定状态。
度4.5 m,实际掘进宽度接近5.0 m;大跨度巷道顶板 由于巷道受到采动影响，岩体内部正应力会增 中部拉应力集中,破坏可能性大，增加顶板垮冒的几 加，若则说明在实际生产过程中正应力实 率。第二，中间巷长度超过2 000 m，服务于两个工作 际值大于岩体能承受的极限应力，此时顶板将发生 面，需要经受巷道掘进期、巷道稳定期、初次采动影
拉裂破坏，若继续发展则顶板将出现失稳。2.2巷道顶板在桁架锚索支护下受力的分析
收稿日期:2019-10-081
在巷道采用桁架锚索支护顶板时，桁架锚索与 作者简介：张朝勇（1977—),男，本科，毕业于东北大学，工程 顶板的简化模型如下页图1所示。
师，研究方向为采煤。
在对顶板进行桁架锚索支护后，在锚固区围岩
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机械管理开发
第34卷
\\锚索锚索z
\\
1111 i11 i i i1 1 11 i 1 n i 11
/
锚固区围岩
/
/gV。
X
L图1
桁架锚索支护下顶板受力情况
受到水平应力为(7,
则：
(j,cosa+(Tf.
式中:为锚固区岩层的力矩;y为锚固区任意一点
到中性轴的垂直距离;/,为岩层的惯性矩;^为锚索 提供的预紧力w为锚索与锚固区岩层的夹角；crf为 锚固区岩层与上覆岩层因摩擦而产生的应力。
对于距离锚固点任意距离为icrp/x/i.
式中:M为摩擦系数;/为上覆岩层与锚固区岩梁间 单位长度的内摩擦力。
于是得出：
y= -rr- ((7iC〇sa-ju/ic), (x 2.3桁架锚索合理跨度与顶板预紧力的确定由上面的x与y关系可知，当;c足够大为斯的 时候有y=〇,因此当x〇<*<2时7=0。此时，桁架锚索 对此区域无控制效果。因此桁架锚索要设计合理的 尺寸，避免出现中间区域无控制效果的情况。3西三中间巷工程实践的分析 3.1西三中间巷现场支护方案 永安煤矿西三中间巷断面宽为4.5 m,局3.0 m。 根据工程类比法和上述原理设计的具体支护形式及 参数如图2所示。3.2矿压观测 为了掌握复合预应力支护系统的支护效果，在 现场采用复合桁架锚索加锚杆支护的方式，在西三 中间巷安装测站，进行了顶底板移近量、两帮移近量 观测，并进行了围岩稳定性的分析。由图3可以看 出，在采动后所观测的两个多月中（以采动前围岩表 面位移量变化后为基准），巷道断面收敛率很大，两 帮移近量最大可达600 mm,顶板下沉量最大达395 mm，其中顶板支护情况良好，可见桁架锚索所形成 的闭锁结果控制住了顶板。 塞 i— Lii —中间巷锚杆*布置平•*图 图2 西三中间巷支护方案(单位:mm) 图3 西三中间巷测站围岩表面位移曲线 通过观测可知，采取复合预应力桁架锚索支护 后，顶板移近量得到了有效的控制，围岩变形得到了 有效的控制，满足该矿安全生产的需求。4 结论1) 桁架锚索在施加预应力后，原来顶板应力分 布发生变化，中性轴下移。压应力区增大，拉应力区 减小,拉应力区岩石受到的拉应力比支护前减小，起 到了很好的支护效果。 2) 预应力桁架锚索在进行支护时要选择合理的 支护宽度，使得锚固区围岩拉应力均小于岩石的极 限应力值,这样可以最大限度保证安全生产。3) 预应力桁架锚索系统有效改善巷道围岩应力 状态，顶板下沉量和两帮移近量得到了有效的控制。 参考文献 [1] 周跃飞.高预应力锚杆索桁架支护技术的应用实践[J].山西焦 煤科技，2017,41(7):18-21. [2] 张守宝，王志留，任超，等.基于预应力衰减的桁架锚索联合支 护技术[J].煤炭工程，2016，48( 6): 44-47. [3] 王晓明.特大断面综放开切眼复合锚索桁架主动控制研究[D]. 北京：中国矿业大学(北京），2015. [4] 严红，何富连，张守宝，等.垮冒煤巷顶板模拟分析与支护研究 [J] ■中国煤炭，2010，36(10): 43-47.[5] 陈宝元.桁架锚索支护技术在二次动压巷道中的应用[J].煤矿 开采,2010,15(4) :76-77. (编辑：贾娟） (下转第169页） 2019年第12期张文辉:煤矿井工成套设备控制技术的研究 • 169- 据配套原则转载机、皮带机煤流负荷一定小于额定 值，首先给采煤机发出提高煤流负荷指令，采煤机调 整后再进行判断，当刮板输送机接近额定负载时，停 止向采煤机发出提高指令。如果发出提高煤流负荷 指令后，根据采煤机响应情况，无法进一步提高负荷 时，自身降低运行速度，并同时向转载机、皮带机发 出响应降速直流，最终达到各输送设备的速度匹配。 2)当7；或者//通过对该矿井工输送系统进行分析，刮板输送 机煤流负荷的输送系统速度协调后，各设备的调速 范围如下： 刮板输送机链速调速范围为〇.82~1.37 m/s;转 载机链速调速范围为〇.95~1.61m/s m/s〇 降耗及降低磨损理论数据如下:节能降低8%~15%; 降低设备磨损10%~20%。5 结语 通过东曲煤矿实际配置情况分析，如果采用刮 板输送机煤量负荷的输送系统速度协调方案进行， 可以有效减少能源消耗，显著降低设备磨损。 通过调研、理论计算、论证可知，该方案具有可 实施性，但是具体调速参数的给定时长等方面缺乏 实际的验证，后期在实施过程中需要对各输人输出 参数、协同速度控制、逻辑启动闭锁、故障判断等根 据具体情况进行校正。 参考文献 [1] [2] 马昆,任予鑫.智能刮板输送机运行经济性分析与研究[J].价值 焦瑞,吴爱民.矿用刮板输送设备健康管理系统研究[J].现代信 工程,2018,37(23): 42-44.息科技，2017(5) :37-39. ; 顺槽皮带机调 速范围为3.5~4.2 m/S;主井皮带调速范围为3.7~4.9 通过对该矿井工输送系续进行分析、预期节能 [3] 刘建伟.煤矿用刮板输送机变频技术的应用[J].现代商贸工业， 2016,37(26)：216-217,[4] 吴爱民，秦建.Unigraphirs NX用于刮板输送机圆环链受力分 析[J].现代零部件,2008( 6): 94-96.[5] 吴爱民.刮板输送机静态、动态力学分析[D].阜新:辽宁工程技 术大学,2006. (编辑：贾娟） Research on Control Technology of Complete Set of Equipment in Coal Mine Zhang Wenhui (Ventilation Team of Zhenchengdi Mine Ventilation Section of Xishan Coal and Electricity Group, Gujiao Shanxi 030203 ) Abstract： The equipment configuration of the well and the load of the scraper conveyor are introduced. By analyzing the transportation system of the mine, the load theory of the coal of the well is calculated, and the speed regulation strategy is established based on the load of the coal flow of the scraper conveyor, so as to achieve the energy-saving and consumption reduction. And the puqwse of abrasion is reduced. Key words： coal quantity load calculation; cooperative speed control; energy saving and consumption reduction (上接第52页） Study on Combined Support Technology of Anchor Cable Truss under the Influence of Secondary Mining Zhang Chaoyong (Qinghe Energy Group Co., Ltd. Yongan Coal Mine, Jincheng Shanxi 048205) Abstract： Taking the Xisan Middle Roadway of Yong'an Coal Mine as the research object, the supporting mechanism of prestressed truss anchor cable applied to mining caving roadway is analyzed. Based on the neutral axis theory, the internal force of the roof and the variation of the tension and compression slreiss zone before and after the support are analyzed under the condition of no support and the prestressed truss anchor cable support, and the reasonable bottom span of the truss anchor cable and the calculation method of the appropriate prestress are determined. The truss anchor cable combined support design scheme is adopted for the west three middle roadway of Yongan Coal Mine, and the monitoring data is ideal. The support design can control the deformation of the roadway well.Key words： truss; mining influence; prestress; truss anchor cable 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容