張旭清
(1.太原理工大學礦業(yè)工程學院,山西 太原030024;2.潞安集團余吾煤業(yè)公司,山西 長治046100)
山西某礦所布置的工作面屬于大傾角綜采工作面,以往工作面煤巷采用的支護方式均為工字鋼梯形棚支護。工字鋼梯形棚支護屬于被動式支護,容易造成頂部三角煤冒落,促使瓦斯積聚,為工作面的開采帶來隱患〔1-2〕。此外,工字鋼梯形棚支護所消耗的材料較多,需對巷道進行多次維護,消耗大量的人力物力,經(jīng)濟成本較高。鑒于工字鋼梯形棚支護的諸多弊端,技術(shù)人員決定采用“錨網(wǎng)索”聯(lián)合支護對原有煤巷梯形棚支護進行改造,“錨網(wǎng)索”支護屬于主動式支護,巷道頂板與兩幫的錨桿、錨索彼此相互聯(lián)系,可以有效控制圍巖塑性區(qū)的擴展,提高巷道圍巖的整體性和強度〔3-4〕。錨桿和錨索在安設(shè)之后,可以給巷道圍巖提供一定的軸向和橫向支護阻力,特別是錨索的錨固深度大、預緊力大,能夠?qū)⑾锏啦环€(wěn)定圍巖與穩(wěn)定圍巖形成統(tǒng)一整體,大幅度的提高巷道圍巖的強度〔5〕。分析認為,在大傾角綜采工作面煤巷中使用“錨網(wǎng)索”支護技術(shù),可以較好地控制巷道變形,提高工作面安全水平。
1701工作面為該礦井7采區(qū)首采工作面,工作面范圍內(nèi)煤層厚度為3.6~6.5m,平均厚度為4.45m,煤層傾角為26°~43°,平均傾角為36°,整體屬于較為穩(wěn)定的厚煤層;工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡單,掘進時揭露正斷層3條,落差均在0.8m以內(nèi),對回采作業(yè)影響較??;工作面直接頂為泥巖,老頂為粗粒砂巖~細粒砂巖,直接底為砂質(zhì)泥巖~粉砂巖,基本底為細粒砂巖。為保證1701大傾角工作面回采順槽在掘進結(jié)束后不影響通風、行人、運料和運煤的需要,機風兩巷均設(shè)計為倒梯形斷面,巷道兩幫高差為1.6 m,1701工作面圍巖狀況見圖1。
圖1 1701大傾角綜采工作面煤巖層綜合柱狀圖
1701綜采工作面巷道斷面為倒梯形,設(shè)計采用沿頂掘進,巷道尺寸(寬×中高)為4000mm×2800mm,巷道頂板采用“錨網(wǎng)索”聯(lián)合支護,兩幫采用“錨網(wǎng)”支護,底板無支護;錨桿采用規(guī)格為Φ22mm×2500mm的左旋螺紋鋼無縱筋錨桿,錨索采用規(guī)格為Φ15.24mm×6500mm的鋼絞繩,頂錨桿和幫錨桿均采用等間排距布置,間排距為1000 mm×800mm,錨索沿巷道走向單排布置,排距設(shè)計為3000mm,1701綜采工作面回采順槽支護見圖2。
圖2 1701大傾角綜采工作面回采順槽支護示意
由圖2可知,頂板采用6根錨桿、1根錨索、金屬網(wǎng)和W鋼帶進行聯(lián)合支護,錨桿采用2卷Z2350型錨固劑錨固,錨索采用K2370型和Z2370型錨固劑各一卷進行錨固,頂板上幫肩窩處錨桿向上幫傾斜30°,其余頂板錨桿均與頂板垂直打設(shè);下幫采用3根錨桿、金屬網(wǎng)和W鋼帶進行聯(lián)合支護,頂角錨桿和底角錨桿分別與水平方向呈25°夾角,中間錨桿垂直于下幫打設(shè),錨桿錨固方式與頂錨桿相同;上幫采用5根錨桿、金屬網(wǎng)和W鋼帶進行聯(lián)合支護,頂角錨桿和底角錨桿分別與水平方向呈25°夾角,其余錨桿垂直于上幫打設(shè),錨桿錨固方式同頂錨桿相同;在巷道過斷層、破碎帶等地帶采用預應(yīng)力錨桿進行支護,對于頂板破碎嚴重區(qū)域采用注射馬麗散化學加固;巷道頂板和兩幫采用的金屬網(wǎng)為冷拔絲編制而成的網(wǎng)孔參數(shù)為100mm×100mm的經(jīng)緯網(wǎng),網(wǎng)片搭接長度為100~150mm,搭接處用12#鐵絲捆綁不少于2圈,W鋼帶規(guī)格為100mm×2000mm,鋼帶根據(jù)巷道支護實際進行剪裁和搭接。
1701工作面回采巷道采用炮掘施工,支護施工順序為:排除安全隱患→打眼放炮→臨時支護→打錨桿鉆孔→固定錨桿→鋪設(shè)金屬網(wǎng)→鋪設(shè)W鋼帶→上鋼托盤→緊固錨桿螺栓至規(guī)定值。巷道兩幫與頂板的錨桿和錨索均按照上述施工工序進行,但應(yīng)按照先上幫、后下幫,錨桿沿巷道幫壁由上而下進行安設(shè)。此外,在進行巷道支護時還須遵循一定的施工要點:
(1)嚴格按照施工作業(yè)規(guī)程布置錨桿,避免頂板和兩幫中間錨桿間距出現(xiàn)偏差而造成兩側(cè)錨桿不符合工藝要求。巷道上幫錨桿要迎頭,及時對上幫進行支護,避免其因暴露時間過長而造成巷道片幫。
(2)加強巷道爆破作業(yè)管理,盡可能減少對巷道造成擾動破壞,巷道上幫可根據(jù)實際情況采用風鎬刷幫成形。在施工期間,若出現(xiàn)煤層松軟、頂板破碎和斷層等現(xiàn)象,應(yīng)嚴禁放炮,采用風鎬和手鎬作業(yè)。
(3)按照施工要求進行打眼,確保鉆孔位置、深度和角度符合要求,錨固劑順序要正確,攪拌和等待時間要滿足錨固要求。
(4)考慮到錨桿和錨索支護的隱蔽性,施工人員應(yīng)加強現(xiàn)場監(jiān)督和質(zhì)量檢測,保證錨具預緊力符合設(shè)計要求。巷道每施工25~30m須布置一個十字觀測站,組織專業(yè)人員依照十字觀測法定期觀測巷道頂?shù)装搴蛢蓭妥冃吻闆r,并依據(jù)觀測結(jié)果分析支護效果,及時進行優(yōu)化和改善,確保工程作業(yè)質(zhì)量達標。
以前,該礦井工作面巷道采用工字鋼梯形棚支護,在搭設(shè)梯形棚時容易造成頂煤冒落,這樣容易形成空頂作業(yè),在控制頂煤時往往會使用大量的木材進行充填,耗費大量的物力和人力。采用“錨網(wǎng)索”支護時,可以對巷道形成一種主動支護,能有效控制巷道圍巖的變形,且可通過錨桿/錨索的組合、懸吊等作用提高巷道圍巖的整體性和完整性,從而提高巷道圍巖的承載能力。根據(jù)巷道十字觀測站數(shù)據(jù)可知,巷道兩幫移近量最大為465mm,頂?shù)装逡平孔畲鬄?25mm,未出現(xiàn)頂板離層和幫煤片落現(xiàn)象。綜上分析可知,“錨網(wǎng)索”支護較工字鋼梯形棚支護效果好,能夠有效控制巷道圍巖變形。
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