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轿子山煤矿新井M9煤顶板属于极坚硬岩层,根据矿方提供的资料.普式系数达到13.6之高；实际生产中由于没有理论依据和支撑,巷道支护一直采用锚杆方式.工作面回采过程中几乎没有明显的顶板下沉及巷道变形,说明现有的支护富余较多,浪费严重.以9106工作面为例,回采巷道一排5根锚杆,间距0.8m；支护材料费约300元／米.巷道支护时人工费、运输费、锚固剂费用等相关费用约300元／米,仅该工作面巷道支护费用就高达95万,并且在实际操作中由于顶板过于坚硬,锚杆钻孔费时费力,工人劳动强度偏大.
根据永贵能源开发有限责任公司《煤巷锚网支护、锚网索支护(暂行)规定》(永贵[2011]267号)之规定,轿子山煤矿煤巷推荐采用锚杆间排距800×800(规格18×2000),锚索间排距1600×2400(规格6500)的支护方案.考虑到该规定为总体纲领性文件,没有针对新井M9煤极坚硬顶板情况进行专门分析,应当具体问题具体分析,进行支护技术的改革.
结合临近矿井资料,对于此类极坚硬顶板采用低密度锚杆支护或者局部地段裸巷支护,效果较为理想,有一定的合理性.但是都没有对巷道支护进行系统科学的研究,无法从理论上进行指导.
针对新井M9煤极坚硬顶板支护方式不合理、浪赞严重的问题,亟需对其进行支护方式改革的课题研究.通过实验室实验、数值计算,理论分析、现场监测等方法,研究相关技术,实现巷道裸巷支护；并依据《煤矿安垒规程》第四十一条之规定“在坚硬和稳定的煤岩层中,确定巷道不设支护时,必须制定安全措施”,对M9煤裸巷支护制定技术安全措施,保证其安全性,最终实现技术改革.
1 研究内容
针对轿子山煤矿新井M9煤极坚硬顶板支护改革问题,确定本项目研究内容如下.
(1)新井M9煤工作面极坚硬顶板力学参数测定.
(2)极坚硬顶板力学结构模型的建立,根据其特殊的矿压显现规律分析裸巷支护的可靠性.
(3)不同支护方案和参数的数值模拟,计算巷道掘进和回采过程中巷道应力及围岩变形规律.
(4)依据《煤矿安全规程》第四十一条规定,对M9煤裸巷支护制定技术安全措施,诸如破碎地段实施锚网支护、每隔50m安装数显报警式离层仪、安设木支柱作为信号柱等.
(5)现场监测获得巷道顶板离层、煤体应力分布等相关数据,进行支护改革后支护效果的评价.
2 研究路线
调研基本地质条件,分析已有研究成果一实验室试验确定M9煤顶板的力学参数一理论研究,建立极坚硬顶板结构力学模型,分析裸巷支护的可靠性一数值模拟,计算不同支护情况下巷道掘进和回采过程中应力及变形规律一针对M9煤裸巷支护制定技术安垒措施一确定改革试验地段及观测地点、内容,现场监测分析顶板离层及煤体应力分布规律一分析实测数据,现场验证裸巷支护效果一总结分析研究成果,提交研究报告,井将成果推广应用.
3 工作安排及经费预算
3.1工作安排
本项目从启动至完成报告,共需约8个月时间.共分为四个阶段：课题立项与准备阶段、方案设计阶段、现场施工与监测阶段、分析总结与编制报告阶段.
(1)课题立项与准备阶段(2011.2～2011.3).主要工作为：广泛调研,收集有关资料；提交“轿子山煤矿新井M9煤极坚硬顶板裸巷支护改革”立项论证书,制定研究内容和技术路线.
(2)方案设计阶段(2011.3～2011.4).主要工作为；实验室实验、理论分析、数值模拟三个部分.在山东科技大学实验室进行试验确定顶板力学参数；理论上建立力学模型,根据极坚硬顶板情况下特殊的矿压显现规律分析裸巷支护的可靠性.运用数值计算软件分析合理的支护方式,并制定针对裸巷支护时安全技术保证措施.
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(3)现场施工与监测阶段(2011.4～2011.5).主要工作为：顶扳支护改革试验和现场监测.在工作面顺槽进行支护改革试验；安装观测设备、采集与整理数据,现场验证裸巷支护效果.开始监测前一个月由山东科技大学参与监测,后期监测工作由轿子山煤矿完成,数据分析由山东科技大学完成.
(4)分析总结与编制报告阶段(2011.5～2011.6).主要工作为：课题总结、编制报告、课题推广与应用三部分.对课题前期的工作进行总结,编制“轿子山煤矿新井M9煤极坚硬顶板裸巷支护改革”课题报告,形成相应的技术成果,并针对同类开采条件矿井进行推广应用.
3.2经费预算
项目预算主要包括顶板力学参数测试费用(10万)、理论分析费、数值模拟分析费、差旅费、劳务费、科研项目管理与税费(16％)等相关费用,总计25万元.