劉振東

摘 要:著重論述了在煤巷中錨網(wǎng)索支護的可能性和操作方法以及需注意的問題,在煤巷錨網(wǎng)索支護工作上談了自己的認識,供同行參考。

關(guān)鍵詞:錨網(wǎng)索;支護;頂板;預防

中圖分類號:TU272.1文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)16-0284-02

梅河礦六井是1983年9月份正式投產(chǎn)的一座設(shè)計生產(chǎn)能力15萬t/a的小型礦井,后經(jīng)過技術(shù)改造,于2000年產(chǎn)量達到30萬t/a,2006年生產(chǎn)能力核定為33萬t/a,分南北兩翼布置生產(chǎn),主采層為2#煤層,還有四層、五層、九層。目前主要掘進巷道布置在四層煤中,在-50水平—150水平的開拓巷道和準備巷道中支護都是錨網(wǎng),采區(qū)回采巷道除個別過斷層、頂板破碎帶地段采用U型鋼可縮支架支護 外。截止目前,已利用錨網(wǎng)支護技術(shù)安全掘進煤巷一萬余米。在煤巷掘進過程中,通過采取合理確定支護參數(shù)、強化現(xiàn)場施工管理和頂板監(jiān)測,重點做好后路頂板維護和掘進工作面迎頭工程地質(zhì)條件監(jiān)測等措施,成功杜絕了煤巷掘進頂板事故,取得了顯著成效。

1 支護作用原理

煤巷錨網(wǎng)支護是錨桿、鋼帶、塑料網(wǎng)、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護,共同支撐煤巷頂板的一種新型混合支護技術(shù),它的作用原理就是利用錨網(wǎng)支護強化和提高巷道頂板一定范圍巖層的抗剪壓能力,形成強化承壓拱,抵抗巷道圍巖變形,達到支撐維護巷道的目的。其具體作用就是通過對頂錨桿在一定預緊力作用下進行端錨,使端錨范圍內(nèi)的復合巖層在錨桿的彈性壓縮下形成組合梁,同時利用錨桿配合鋼帶對圍巖進一步增強組合梁的支護強度。

2 頂板事故預兆

煤巷錨網(wǎng)支護是利用巷道圍巖自身進行主動支護。圍巖變形有一個從彈性到塑性,最后喪失抵抗力的過程,這種特性決定了錨網(wǎng)支護的煤巷頂板變形要經(jīng)過一定變形量的積累,當頂板變形量積累達到一定程度,就會導致煤巷頂板突然垮塌造成頂板事故。錨網(wǎng)支護煤巷頂板變形過程往往引發(fā)一系列壓力顯現(xiàn),出現(xiàn)頂板事故預兆:

(1)頂板出現(xiàn)局部離層掉渣,在塑料網(wǎng)上形成網(wǎng)兜,嚴重時造成頂錨桿失效。

(2)巷道兩幫收斂,頂板下沉,鋼帶開始出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。

(3)巷道底板鼓起,巷道變形,鋼帶或頂錨桿斷裂。

(4)頂板巖層爆響,頂板離層監(jiān)測儀顯示離層加劇。

3 頂板事故的預防

3.1 合理確定錨桿支護參數(shù)

根據(jù)工作面地質(zhì)條件,合理參照鄰近工作面地質(zhì)力學評估資料,依據(jù)秦巴列維奇理論按自然平衡拱原理對掘進工作面圍巖破壞范圍和圍巖壓力進行計算。并以此為依據(jù),結(jié)合其他礦井的生產(chǎn)實踐合理確定錨桿支護參數(shù)。

3.1.1 巷道圍巖破壞范圍的計算

(1)煤巷兩幫煤體受壓破壞深度。

C=H tan(45-φ/2)

式中:

c——煤體受壓破壞深度,m;

H——巷道高度,m;

φ——煤的內(nèi)摩擦角,φ=arctan(f)=45°,f=1。

(2)巷道頂板潛在的冒落拱高。

b1=a1/u(a+c)/(Rc/1000)

式中:

b1——巷道頂板潛在的冒落拱高,m;

a——承受彎曲的懸臂巖層的半跨距,m;

Rc——巷道頂板巖石的抗壓強度,N/cm²。

(3)頂板壓力。

Q=4a1b1r1/3=4(a+c)b1 r1/3

(4)兩幫煤體傾向壓力。

Q′=(2b1r1/γ+H)/2H tan2(45-φ/2)

式中:γ為煤的體積重量,kN/m³。

3.1.2 合理確定錨桿支護參數(shù)

依據(jù)巷道圍巖破壞范圍的理論計算值,輔以工程類比,結(jié)合其他礦井的實踐經(jīng)驗,回采巷道錨桿支護參數(shù)確定如下:

(1)采區(qū)兩道運輸和回風順槽;斷面形狀為梯形,其凈寬2.8m,凈高2.4m。巷道頂板和兩幫都使用鋼帶配合錨桿支護,每個鋼帶長度為φ22mm×2400mm,每個鋼帶打兩根螺紋錨桿,錨桿眼距1.8m,錨桿選用φ22mm×2400mm的左旋螺紋鋼,設(shè)計錨固力100kN。鋼帶棚距為1.0m,兩架鋼帶棚之間打一排錨桿,頂板中心打一根螺紋錨桿,規(guī)格為φ22mm×2400mm的左旋螺紋鋼;巷道頂板靠近兩幫各布置一根麻花鋼筋錨桿,錨桿規(guī)格為φ16mm×1000mm,向煤壁斜上方傾斜15°;巷道兩幫打麻花鋼筋錨桿,錨桿規(guī)格為φ16mm×1000mm的A3圓鋼錨桿,設(shè)計錨固力40 kN,間距600mm,錨桿錨固劑選用Z2335,K2335型樹脂藥卷各1卷。

(2)切眼斷面為矩形,凈寬6m,凈高2.2m。頂錨桿間距600mm,排距700mm,頂角錨桿布置同工作面順槽,每排9根錨桿,用2根長3.0m的W鋼帶連接,錨固劑選用K2335、Z2335型樹脂藥卷各1卷。

幫錨桿布置在兩排頂錨桿之間,與頂錨桿交錯布置?？諑蛡?cè)幫錨桿間距700mm,排距700mm,其參數(shù)、材質(zhì)、錨固劑用量及型號同工作面順槽。煤幫側(cè)錨桿選用長1.0m的鋼筋錨桿。

切眼錨索距幫0.85m布置,錨索間距1.5m,排距1.4m,每排4根錨索,其它要求同工作面順槽。

(3)其它材料。

①錨索。采用低延伸率鋼絞線,直徑15.24mm,由7根直徑5mm鋼絲組成,強度級雖1860MPa,破壞負荷不低于260kN。

②托板。每根頂錨桿配備1塊直徑120mm、厚10mm熟鋼圓托盤,每根幫錨桿配備1塊300mm×200mm×30mm的竹托板和1塊與頂錨桿相同的熟鋼圓托盤。

③網(wǎng)。巷道全周邊鋪設(shè)金屬網(wǎng),頂幫輔嚴,網(wǎng)邊搭接100mm,每100mm鎖一扣。

3.2 加強施工現(xiàn)場管理,抓好錨桿錨索的安裝質(zhì)量

(1)炮掘工作面全面推廣煤巷光爆技術(shù),充分利用手持式風動鉆機鉆頭直徑小和炸藥小藥卷技術(shù),通過合理調(diào)整眼位和藥量,盡量減少爆破作業(yè)對煤巷兩幫的破壞,保證煤巖的完整性。

(2)嚴格按設(shè)計要求的角度、間排距鉆設(shè)錨桿(錨索)孔,落煤后及時組織人員敲好頂幫,由當班驗收員按設(shè)計要求定位標記錨桿(索)眼位,同時在鉆桿上做標記,保證打眼深度,跟蹤監(jiān)督檢查錨桿(索)的安裝,確保錨桿(索)的安裝質(zhì)量。

(3)施工打眼時要嚴格按標記深度鉆眼,錨桿眼的深度應(yīng)小于錨桿長度50mm,誤差不超過10mm,以利于錨桿安裝后托板貼緊煤壁。

(4)錨桿(索)的安裝必須按要求進行,錨固劑、錨桿、錨索、托盤和螺母等性能強度、結(jié)構(gòu)必須與設(shè)計錨固力相匹配,各種材料入井必須有產(chǎn)品合格證。巷道頂幫錨桿的方向、位置和密度必須符合設(shè)計要求,托板和護板必須貼緊頂板和煤壁,不得松動,接觸面積達到80%以上。出現(xiàn)頂幫錨桿不接頂鐵幫時,要重新補打錨桿。網(wǎng)要展開鋪平,貼緊頂板和煤幫,用錨桿托板壓緊。螺母的擰緊力矩不小于100N?m。錨桿、錨索安裝前,必須要壓風將孔內(nèi)煤巖粉、水等吹洗干凈。錨桿端部必須推至眼底,尾部外露長度不小于50mm。

(5)錨桿、錨索安裝,必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的施工操作程序進行,先裝快速藥卷,再裝慢速藥卷,用錨桿(索)將藥卷送至孔底后,用攪拌裝置邊攪拌,邊用力迅速向孔底推進錨桿(索),待藥卷得到充分攪拌后停機,攪拌時間為30s,攪拌要連續(xù)進行,中途不得停頓。錨桿攪拌后上托盤,1h后二次預緊,錨索攪拌凝固1h后上托盤張拉。其預緊力必須達到設(shè)計要求,托盤要緊貼巖面。

(6)礦、井兩級各自建立質(zhì)量管理機構(gòu),井質(zhì)量管理小組每天對所屬掘進工作面錨桿、錨索的安裝質(zhì)量等進行日?？己蓑炇?礦以生產(chǎn)安全部安監(jiān)員巡查和綜合安全質(zhì)量大檢查的形式對全礦錨網(wǎng)索支護巷道進行抽查,發(fā)現(xiàn)錨桿、錨索安裝質(zhì)量達不到設(shè)計要求的就嚴肅處理。

3.3 加強頂板觀測,及時獲得頂板穩(wěn)定狀況的信息

(1)錨網(wǎng)索支護巷道按設(shè)計要求每隔50m布設(shè)1個觀測點,斷層及圍巖破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)、交岔點等特殊地點加設(shè)觀測點,頂板離層儀安設(shè)在巷道頂板,巷道斷面中部,深基點固定在頂板上方7m處,淺基點固定在頂板上方3m處。

(2)頂板離層儀由施工段段長負責及時跟頭安裝(安裝離層儀時距前頭距離:炮掘≤10m)。

(3)觀測點實行掛牌管理,牌板上寫明觀測點號、安裝人員、安裝日期和初始數(shù)據(jù),并指定專人負責觀測數(shù)據(jù),填寫原始記錄,建立觀測檔案。

(4)觀測人員每天及時上報觀測數(shù)據(jù)。

(5)井負責部門對收集的觀測數(shù)據(jù)進行認真分析,從中總結(jié)頂板變化的規(guī)律性,對觀測數(shù)據(jù)異常點要進行現(xiàn)場調(diào)查,若現(xiàn)場確定該處巷道頂板活動異常威脅安全生產(chǎn)時,立即上報主管領(lǐng)導采取相應(yīng)措施。

3.4 錨網(wǎng)索支護巷道出現(xiàn)頂板事故預兆要及時維護

(1)井下作業(yè)人員隨時觀察巷道頂板及煤壁活動情況,一旦發(fā)現(xiàn)頂板異常,出現(xiàn)頂板事故預兆要及時向井值班人員匯報并采取相應(yīng)措施,杜絕事故發(fā)生。

(2)頂板出現(xiàn)局部離層掉渣、頂錨桿斷裂時,及時處理網(wǎng)兜、補打錨桿,確保復合頂板的完整性,盡量減少頂板離層的發(fā)展。

(3)巷道出現(xiàn)兩幫收斂、頂板下沉、鋼帶折疊現(xiàn)象時,要根據(jù)巷道頂板變形程度采取沿巷道補打木支柱或在巷道頂板增設(shè)錨索、錨索懸梁,變形嚴重時要及時進行二次架棚支護。

(4)巷道頂板出現(xiàn)巖層斷裂爆響、鋼帶或頂錨桿斷裂,同時伴隨錨索斷開等一系列頂板劇烈活動來壓的頂板事故預兆時,要立即撤出在危險區(qū)內(nèi)的所有作業(yè)人員,待頂板穩(wěn)定后,立即對巷道由外往里進行二次架棚支護。

3.5 根據(jù)地質(zhì)條件及時調(diào)整支護密度或變更支護

該井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育,煤系地層不穩(wěn)定,煤巷頂板巖石具有不穩(wěn)定性,巷道掘進時經(jīng)常遇到斷層、頂板破碎帶、頂板巖性變化帶,巷道工程地質(zhì)條件變化較大,為了保證巷道支護科學合理生產(chǎn)段隊要注意觀察巷道圍巖條件變化,時刻與技術(shù)部門聯(lián)系,工程技術(shù)人員要根據(jù)工程地質(zhì)條件變化隨時修改錨網(wǎng)索支護密度,在錨網(wǎng)索支護不能滿足安全生產(chǎn)需要時及時變更支護形式。

4 結(jié)語

梅河煤礦六井在推廣應(yīng)用煤巷錨網(wǎng)索支護的過程中,經(jīng)歷了試驗、總結(jié)改進、推廣應(yīng)用3個階段。在煤巷錨網(wǎng)索支護推廣之后,杜絕了后路頂板事故,從此至今,梅河六井未發(fā)生一起頂板事故。