馮家元
摘要:本文論述了在厚煤層全煤巷道中錨桿支護的應用。根據(jù)生產實踐及錨桿支護理論,如何進行巷道斷面形狀、錨桿支護參數(shù)的選擇及其巷道的施工方法。
關鍵詞:綜放工作面;全煤巷道;錨桿支護
為了適應高產高效礦井的發(fā)展,提高工作面的單產,大隆礦在厚煤層開采中采用了綜采放頂煤開采的新技術。綜采放頂煤工作面兩則必須沿煤層底板掘進,因此巷道頂板及兩幫均為煤體,即全煤巷道。全煤巷道圍巖強度低,巷道斷面大,采用傳統(tǒng)的棚式支護已不能滿足開采新技術的要求,尋求更加合理有效的支護形式已勢在必行。
為解決綜采工作面兩順支護問題,在W1702工作面進行了錨桿支護嘗試,取得了良好效果。
1 工作面地質情況
大隆礦W1702工作面煤厚5.21-9.88m之間,一般為7.35m,走向達1792m,四周均未采動。工作面上鄰近煤層為4-2煤層,大部分已經采完,層間距在46.0~56.0m之間,工作面下鄰近煤層為9層煤,層間距在26~31m之間,未采動。
老頂:巖性以粗砂巖、中砂巖為主,在灰白色,泥質佼結,孔隙、裂隙含水。老頂巖層厚10.0m以上較穩(wěn)定。初跨步距為25.0m左右,來壓明顯,屬Ⅱ級基本頂。
直接頂:巖性以粉砂巖為主,灰色,波狀層理,泥質膠結,較致密,堅硬,直接頂厚7.0m左右,屬2a類直接頂板。
偽頂:巖性以泥巖、粉砂巖、薄煤層等復合層組成,節(jié)理、層理發(fā)育,松散易碎。
偽底:巖性為泥巖,厚1.0~5.0m,局部發(fā)育,硬度小。
直接底:巖性為粉砂巖、細砂巖,灰色,灰白色,泥質膠結,層位穩(wěn)定,厚3.O~11.Om。屬V類堅硬底板。
W1702工作面巷道掘進時,是沿7-2煤層底板施工,巷道頂板留有3.0~5.5m煤層,支護巷道幫頂錨桿均打在煤層中。由于7-2煤層中小斷層、裂隙、節(jié)理較發(fā)育,破壞了煤層的完整性,煤層較為破碎,圍巖的穩(wěn)定時間較短,僅有幾天。另外又受上部采空區(qū)水及裂隙水影響,圍巖穩(wěn)定性降低,很容易產生冒頂,圍巖分類Ⅳ~V,屬不穩(wěn)定巖層。
2 支護形式和斷面形狀的確定
以往普通綜采工作面的兩順錨桿支護的巷道均沿煤層頂板掘進,巷道斷面形狀為矩形,巷道頂板即是該煤層的頂板,錨桿就直接作用予較堅硬的砂巖中,這種支護形式巷道形狀易于掌握,便于施工,巷道的穩(wěn)定性也較好,如果將綜放工作面的順槽也沿煤層頂板掘進,勢必造成大量煤炭的丟失,使回采率大大降低,所以必須將順槽布置在煤層底部,這樣巷道的頂部及兩幫均為強度較低的煤體。巷道支護的對象由煤層頂板巖石變?yōu)轫攷屯耆后w,圍巖類型發(fā)生變化,其均質程度提高,但強度降低,支護條件相對單一,即不受煤層頂板巖性的影響。巷道斷面形狀完全取決于煤體強度及層理和裂隙發(fā)育程度。
為了保證支護效果,在確定巷道斷面時,根據(jù)錨桿支護中的組合拱理論,以及圓形斷面承載能力較強的原理,將兩順槽斷面設計成三心圓拱斷面,詳見附圖。也就是說,在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝預應力錨桿,在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力,如果沿巷道圍邊布置錨桿群,只要錨桿間距足夠小,各個錨桿形成的壓應力圓錐體將相互交錨,就能在煤體中形成一個均勻的壓縮帶,即承壓拱,這個承壓拱可以承受其上部的破碎巖石施加的徑向荷載。因此,此種斷面形式能較好地承載頂板的壓力,保證良好的支護效果。
根據(jù)綜放工作面回采工藝和設備布置要求,確定巷道斷面為切圓拱斷面。其掘進寬度為5.Om,高為3.5m,凈斷面為15.6m。
3 錨桿支護方式及主要參數(shù)的確定
由于W1702運回順的煤層厚度在5.21~9.88m之間,如按懸吊理論進行錨桿支護,所需錨桿長度太長,施工十分困難,按組合梁原理支護,因頂板是較破碎的煤,不可能通過錨桿作用組合成承載梁,而只有組合拱理論才適合于切圓拱巷道,并加錨索增強支護。
為了避免錨固平衡拱中出現(xiàn)巖石松動,充分發(fā)揮錨桿的作用,采用合適的錨桿及其支護方式是至關重要的,根據(jù)大隆礦的實踐經驗,采用錨聯(lián)網(wǎng)組合的支護形式較適合按照錨固組合拱原理進行有效的圍巖支護,因為這種支護形式可充分發(fā)揮錨桿的約束和抗剪作用,防止圍巖松動,保持錨固組合拱的整體性和承載能力,因此也是全煤巷道錨桿支護的合理支護形式之一。
兩順頂板支護均采用錨桿、尾繩梯、金屬網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護。
錨桿規(guī)格:φ22x2200螺紋鋼等強錨桿。
金屬網(wǎng)規(guī)格:1800×6000mm形網(wǎng),孔徑80×120mm,網(wǎng)與網(wǎng)之間用16#鐵線綁扎連接,綁扣間距200mm,金屬網(wǎng)沿巷道橫向鋪設。
錨索規(guī)格:φ22×7200鋼絞線(19芯),間排距為2500mm,排距2400mm。
錨固劑:每孔二支ck2335和三支m2335藥,樹脂錨固劑。
托盤規(guī)格:120×120×8mm。
尾繩梯長5200mm,錨桿間距為650mm,排距為800mm。
兩幫支護也采用螺紋鋼等強錨桿與金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。
錨桿規(guī)格:φ18×1600螺紋鋼等強錨桿,間排距均為800mm。
錨固劑:每孔二支ck2335和二支m2335藥。
金屬網(wǎng)規(guī)格:1800×4000菱形網(wǎng),孔徑80×1200mm,順巷道方向鋪設,幫網(wǎng)與頂網(wǎng)間用16#鐵線綁扎連接,綁扣間距200mm,幫網(wǎng)間穿接。
托盤規(guī)格:120×120×6mm。
錨索規(guī)格:φ22×7200鋼絞線(19芯),間排距為2500mm,排距2400mm。
4 巷道支護效果
采用錨桿、尾繩梯與金屬網(wǎng)組合支護全煤綜放工作面運、回順巷道,通過實際應用和礦壓觀測表明,巷道支護狀態(tài)良好,達到了支護設計預期的效果,取得了明顯的技術經濟效益。
采用錨梯網(wǎng)支護同礦用工字鋼支護比較,每米巷道可節(jié)約支護費用1000元左右,同時減少了工人的勞動強度,減少了支護材料的運輸費用,同時也減少了頂板事故的發(fā)生,提高了巷道掘進速度。
根據(jù)錨固組合拱支護原理提出的加長錨固錨帶網(wǎng)支護系統(tǒng),經井下實踐證明這一支護形式可以充分發(fā)揮錨固組合拱的作用,支護效果好,是綜放工作面兩順全煤巷道支護的一種合理形式。
附圖