胡文強
(山西焦煤西山煤電集團,山西 太原 030053)
錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦的應(yīng)用
胡文強
(山西焦煤西山煤電集團,山西 太原 030053)
針對西山鎮(zhèn)城底礦2、3號煤層圍巖變形量大的松軟復(fù)合頂板回采巷道,應(yīng)用錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護技術(shù),控制了復(fù)合頂板回采巷道圍巖的強烈變形,解決了松軟復(fù)合頂板回采巷道支護的技術(shù)難題,實現(xiàn)了煤巷安全高效掘進。
松軟復(fù)合頂板;巷道;組合支護;應(yīng)用
鎮(zhèn)城底礦位于古交礦區(qū)西部,設(shè)計生產(chǎn)能力150萬t/a。斜井-立井聯(lián)合開拓,主副井為斜井井筒,風井為立井。礦井開采水平布置在+760m,位于10號煤層底板巖石中,用一個水平同時開采上、下兩組煤。根據(jù)井田內(nèi)煤層傾角不同,分別采用傾斜長壁和走向長壁形式布置綜采工作面。由于區(qū)內(nèi)褶曲和斷層較多,特別是主采煤層頂板多為炭質(zhì)泥巖與煤線互層,不穩(wěn)定,較松軟和易垮落,使回采巷道支護效果較差,給安全和有序生產(chǎn)帶來極大危害。西山鎮(zhèn)城底礦2、3號煤層松軟復(fù)合頂板回采巷道(尤其是瓦斯尾巷),原采用傳統(tǒng)的架棚支護存在巷道圍巖變形量大、支護效果差、費用高等問題。為此,提出采用錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護方案。
鎮(zhèn)城底礦22409工作面副巷和尾巷開掘在2、3號煤層中,巷道埋深250 m,采區(qū)地質(zhì)柱狀圖,見圖1。2、3號煤層平均厚度2.8 m,傾角2~9°,單向抗壓強度5.0 MPa,屬極不穩(wěn)定松軟煤層。直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度約12 m,單向抗壓強度52.2 MPa,部分巖層的單向抗壓強度僅為8.8 MPa;在厚約3.4 m的下位巖層中,夾有兩層厚度各約0.4 m的松軟薄煤層,構(gòu)成了一種極不穩(wěn)定類型的復(fù)合頂板。22409綜采工作面回采巷道直接頂為在中等穩(wěn)定以下的巖層中夾有兩層厚0.3~0.5 m極軟煤層的復(fù)合頂板,與一般中等穩(wěn)定以下的直接頂相比,巷道頂板變形增大20~34%,頂板破裂區(qū)深度增大23~83%。圍巖穩(wěn)定性差,變形破壞強烈,支護難度很大。
圖1 2、3號煤層及頂、底板巖層綜合柱狀圖
22409工作面尾巷與工作面副巷平行布置,相距30 m。由于工作面中部有一斷層與工作面斜交通過,破壞了煤層的連續(xù)性,使靠近邊界工作面變窄,變成22409-1和22409-2兩個工作面開采。
針對復(fù)合頂板巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的特點,應(yīng)采用錨桿-錨索聯(lián)合支護形式,提出的復(fù)合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護原理由三部分內(nèi)容組成:一是共同加固圍巖提高錨巖支護體的承載能力;二是錨索懸吊失穩(wěn)巖層預(yù)防冒頂事故三是錨索工程延伸量應(yīng)適應(yīng)懸吊區(qū)內(nèi)的圍巖變形。
復(fù)合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護原理可由圖2所示的圍巖與支護的相互作用關(guān)系加以說明。圖2中給出了錨索的力學特性曲線4和錨桿錨巖支護體的特性曲線3,與一般支架的力學特性不同,錨桿錨巖支護體的承載能力是隨著圍巖和自身變形的增加而降低。曲線1為圍巖特性曲線,它表示圍巖變形與支護強度之間的關(guān)系。若錨桿錨巖支護體特性曲線和錨索的特性曲線不能與曲線1相交,說明單獨采用錨桿支護或錨索支護,都不能控制圍巖達到穩(wěn)定。若錨桿-錨索聯(lián)合支護時,由于錨巖支護體的承載能力提高,其共同支護作用特性曲線2可能與曲線1相交,在曲線的交點(A)處,圍巖的變形破壞可得到控制,能夠保持圍巖的穩(wěn)定。錨索失效的的前提是圍巖達到穩(wěn)定時的變形量U0小于錨索的延伸量ΔL。
圖2 圍巖與支護的相互作用關(guān)系
斷面呈矩形,寬4.0 m,高3.0 m,掘進斷面積12.0 m2。
2.2.1 基本支護形式
依據(jù)“煤巷錨桿支護技術(shù)規(guī)范”關(guān)于對復(fù)合頂板可考慮在基本支護形式基礎(chǔ)上增加錨索加固的規(guī)定,以及錨桿-錨索聯(lián)合支護原理,通過應(yīng)用巖層破裂過程分析系統(tǒng)RFPA2D計算軟件進行了4個支護方案對比,選擇最優(yōu)方案的基本支護形式為:錨桿+鋼筋梁+網(wǎng),錨索補強。
2.2.2 主要支護參數(shù)
以數(shù)值試驗得出的巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的定量結(jié)果為基礎(chǔ),遵循錨桿-錨索聯(lián)合支護原理,進行了主要支護參數(shù)計算和選擇。
依據(jù)計算結(jié)果,結(jié)合工程類比,選定的主要支護參數(shù)列于表1。支護布置圖如圖3。
寬度是影響巷道穩(wěn)定性與確定支護參數(shù)的主要因素,施工時要嚴格按設(shè)計要求控制巷道寬度。用掘進機掘進巷道時,先從左上幫定位切割煤幫,直至底板。然后從左到右,從下向上切割破碎中間部分,再切割右?guī)?,最后將巷道輪廓進行修整,盡量不超挖和欠挖。如果遇特殊地質(zhì)情況而造成超挖時,超挖的寬度不得超過200 mm,如超寬達200~400 mm時,在頂板上應(yīng)增加1根錨桿。
表1 支護材料表
圖3 尾巷支護布置
施工中嚴禁空頂作業(yè),臨時支護必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定,緊跟工作面。在堅硬完整頂板巷道中,無須進行臨時支護時,必須制訂相應(yīng)的安全措施,并在作業(yè)規(guī)程中規(guī)定出最大空頂距離,報總工程師批準。
錨桿孔間距誤差不應(yīng)超過100 m;錨桿孔軸向偏差應(yīng)控制在5°之內(nèi);錨桿孔深不應(yīng)小于桿體有效長度,也不應(yīng)大于桿體有效長度30 mm;錨桿端部必須推至孔底,尾端外露長度不應(yīng)大于50 mm。
掛鋼筋梯(或鋼帶)—臨時支護—鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網(wǎng)、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板中旁錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—臨時支護改位—鉆頂板邊錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板邊斜(角)錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母。
兩幫的錨桿支護一般落后工作面一定距離(具體距離由作業(yè)規(guī)程規(guī)定),和破煤運煤平行作業(yè),其施工步驟和頂板支護大同小異。
在進行錨桿安裝時,應(yīng)盡可能采用快速安裝工藝,即攪拌樹脂藥卷、上托板、擰螺母一次完成。錨桿尾端的托板應(yīng)緊貼托梁,未接觸部位必須楔緊墊實。
兩網(wǎng)搭接長度不應(yīng)小于5mm,按規(guī)定連接,鋪網(wǎng)時必須拉緊,緊貼巖面,使網(wǎng)具有一定的預(yù)拉力。
煤層錨網(wǎng)支護巷道礦山壓力監(jiān)測是研究支護方式、原理、檢驗支護效果、判斷巷道支護穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的一個重要手段。因此,在南四采區(qū)22409-1工作面巷道掘進時,就安裝相應(yīng)觀測斷面頂板離層測點,根據(jù)觀測數(shù)據(jù)判斷出監(jiān)測范圍內(nèi)頂板是否出現(xiàn)離層現(xiàn)象及離層位置,錨桿支護質(zhì)量和安全程度。在所設(shè)置的錨桿錨固力、圍巖深部和表面位移觀測斷面上,可測出錨桿錨固性能及在支承壓力影響下,巷道圍巖表面和深部位移量,得到巷道掘進和工作面回采時礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律,驗證本巷道錨桿支護參數(shù)的合理性,為進一步完善兩巷錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)。
頂板離層量監(jiān)測通過在巷道頂板中央安裝遼寧工程技術(shù)大學研制的TXLCY-4型頂板離層指示儀實現(xiàn)的;巷道圍巖表面及深部位移觀測采用遼寧工程技術(shù)大學研制的“大位移量直讀式多點位移計”監(jiān)測;頂?shù)装逡平坑^測;④錨桿錨固力監(jiān)測用活塞式壓力測力計觀測。
頂板下沉量不超過75 mm,副巷平均36 mm,尾巷平均50 mm;巷幫移近量不超過213 mm,副巷平均101 mm,尾巷平均135 mm。而且巷道收斂變形已經(jīng)穩(wěn)定。巷道變形主要特點是兩幫變形較頂板明顯,主要原因是兩幫的煤體松軟破碎,端錨錨桿控制范圍略小于巷幫破裂區(qū)深度??傮w而言,巷道支護狀況良好,圍巖的變形得到了有效的控制。
尾巷錨固區(qū)內(nèi)部頂板離層值不超過10 mm,平均為6 mm;距巷頂6 m深處巖層離層值小于17 mm,平均為11 mm;距巷頂3 m深處的薄煤層處離層值最大可達32 mm,平均15 mm。說明對于復(fù)合頂板一方面錨桿支護有效的控制了錨固區(qū)范圍以內(nèi)的巖體變形和破壞;另一方面小孔徑樹脂錨索補強對控制懸吊區(qū)內(nèi)頂板離層的發(fā)展和防止冒頂具有關(guān)鍵作用。
錨桿和兩幫錨桿受力相當,都較小。尾巷錨桿測力計預(yù)緊力20~30 kN,預(yù)緊后頂板錨桿受力小于35 kN,平均32 kN;巷幫錨桿受力小于55 kN,平均27 kN。尾巷錨索測力計預(yù)緊力50~60 kN,預(yù)緊后受力小于85 kN,平均58 kN。頂板錨桿、錨索受力相當煤巷錨桿支護技術(shù)規(guī)范關(guān)于性能規(guī)定的25~50%,尚有較大潛力。
在鎮(zhèn)城底礦22409綜采工作面瓦斯尾巷,應(yīng)用錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)+錨索補強的支護方式支護巷道3 000余m?;夭善陂g,兩條回采巷道均未發(fā)生變形嚴重情況;尾巷僅有輕微變形,部分地段發(fā)生少量底鼓。保留尾巷650 m,作為22407副巷二次使用,其中100 m巷道僅需簡單拉底,其費用較底,無需擴幫、架棚維修,大幅度降低了巷道維修費用,全礦回采巷道錨桿支護率達到94%以上。巷道經(jīng)過三年多的使用,支護效果良好,為類似條件下巷道采用該支護技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
Abstract:For the loose and soft roof with big surrounding rock deformation in the caving roadways of No.2 and No.3 seams of Zhenchengdi Mine,the integrated support technique of anchor-beam-mesh-cable is applied.The deformation of supporting rock is under control,and the safe-and-efficient roadway driving is realized.
Keywords:loose and soft roof;roadway;integrated support;application
編輯:劉新光
Application of Reinforced Integrated Support of Anchor,Beam,Mesh and Cable in Zhenchengdi Mine
HU Wen-qiang
(Xishan Coal-electricity Group,Shanxi Coking Coal Group,Taiyuan,Shanxi 030053,China)
TD353
A
1672-5050(2010)05-0040-04
2010-03-15
胡文強(1968—),男,山西長子人,在讀博士,工程師,從事煤炭采掘技術(shù)工作。