摘要:介紹了大傾角“三軟”松散厚煤層錨網索支護參數、支護材料、井下施工工藝等在石炭井焦煤公司使用和推廣應用。
關鍵詞:大傾角松散厚煤層支護技術 推廣應用
1 煤層基本概況
石炭井焦煤公司是神寧集團公司在銀北礦區(qū)的焦煤生產主力礦井,4#煤層平均厚度5.6m,為較穩(wěn)定的厚煤層,復雜結構,多呈細線理狀與均一狀,鏡煤內生裂隙發(fā)育,其煤巖特征以凝膠化基質為主,含絲炭化物質較高,礦物雜質含量較高,且以浸染狀和與有機物質有聯(lián)系的泥質為主,硬度系數為0.73。煤層厚度由南往北逐漸增大,平均傾角23°,局部傾角達40°。煤層頂、底板裂隙發(fā)育,較破碎,其老頂、老底砂巖多屬硬脆性的巖石,在外力作用下易碎裂、崩塌;其直接頂、直接底泥巖發(fā)育較多的水平層理具滑面,巖石質量劣~中等,巖體完整性屬完整性差~中等完整;硬度系數基本都小于3,屬軟弱類巖石易沖擊破碎,煤層屬大傾角“三軟”厚煤層。
在石門揭煤時,經常出現(xiàn)頂部煤層冒落現(xiàn)象,給巷道支護帶來很大困難。4號煤采用分層開采方法開采上分層時,上下順槽兩幫變形嚴重,在回采過程中必須進行刷幫處理才能滿足生產要求。綜放開采是一種高效采煤方法,目前綜放開采技術已在我國煤炭生產企業(yè)大面積推廣使用。石炭井焦煤公司在4號煤以外的其他厚煤層均采用了這種采煤方法,在4號煤卻從未嘗試過綜放開采。究其原因,主要是4號煤節(jié)理裂隙非常發(fā)育,究其原因,主要是4號煤節(jié)理裂隙非常發(fā)育,全煤巷道的支護問題成為制約該煤層綜放開采應用的最大技術難題。
2 試驗點調查和地質力學評估
Ⅲ020402綜放工作面位于三水平三、四號區(qū)內。東部為2364采空區(qū),北部、南部、西部及下伏均為未開拓煤巖系地層。工作面距地表垂深約449~520m,地表巖石裸露,地面無建筑物及保護物。該工作面布置巷道2條,分別為機巷和風巷,巷道方位角均為326°,機巷、風巷和切眼均布置在4#煤層中,根據采礦巷道布置設計,順槽巷道沿底掘進,切眼沿頂板掘進。機巷設計長度654m,風巷設計長度677m,切眼長度113m。
2.1 巷道圍巖巖性和強度。四層煤為復雜結構的厚煤層,含八層夾矸,掘進范圍內煤層沉積穩(wěn)定,從石門揭露資料分析,由北向南,煤層逐漸變厚,煤層屬于半光亮型,是煉焦煤,平均產狀為:走向146°;傾向236°;傾角23°,平均煤厚為5.6m,煤層普氏硬度為0.73。
煤層直接頂為泥巖,灰黑色,薄層狀,水平層理含植物化石,平均厚度2.6m;老頂為3.0m的粉砂巖,灰黑色,含植物化石及泥質結核,水平層理。
煤層偽底為泥巖,灰黑色,炭質光面,性脆,平均厚度0.4m;直接底為5.7m左右的粉砂巖,灰黑色,中厚層狀,含植物化石。
2.2 地質構造和圍巖結構。根據上733運石、上720運石、所揭露的地質資料分析,預計該工作面在掘進過程中將揭露DF5所派生的隱伏構造。對掘進無直接影響。
2.3 地應力。神寧集團石炭井焦煤公司沒有進行過地應力測量,從掘進揭露情況看,隨著采區(qū)向深部延伸,巷道壓力有增大的趨勢。由于條件不具備,無法前期進行地質力學測試,隨后進行系統(tǒng)的地質力學測試,并根據測試分析結果完善初始設計。
3 設計原則
①一次支護原則。錨桿支護應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形,避免二次或多次支護。一方面,這是礦井實現(xiàn)高效、安全生產的要求;另一方面,這是錨桿支護本身的作用原理決定的。②高預應力和預應力擴散原則。一方面,要采取有效措施給錨桿施加較大的預應力;另一方面,通過托板、鋼帶等構件實現(xiàn)錨桿預應力的擴散,提高錨固體的整體剛度與完整性。③“三高一低”原則。在提高錨桿強度、剛度,保證支護系統(tǒng)可靠性的條件下,降低支護密度,減少單位面積上錨桿數量,提高掘進速度。④臨界支護強度與剛度原則。錨桿支護系統(tǒng)存在臨界支護強度與剛度,如果支護強度與剛度低于臨界值,巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài),圍巖變形與破壞得不到有效控制。⑤相互匹配原則。錨桿各構件,包括托板、螺母、鋼帶等的參數與力學性能應相互匹配,以最大限度地發(fā)揮錨桿支護的整體支護作用。⑥可操作性原則。提供的錨桿支護設計應具有可操作性,有利于井下施工管理和掘進速度的提高。⑦在保證巷道支護效果和安全程度,技術上可行、施工上可操作的條件下,做到經濟合理。
4 巷道斷面及支護參數選擇
4.1 巷道斷面。通過對已掘巷道現(xiàn)有支護狀況和礦壓顯現(xiàn)情況調查結果;機巷、風巷和切眼基本地質資料;現(xiàn)有科技成果和工程實踐經驗并對比類似地質條件礦井類似支護形式巷道變形量,預計在保證施工質量的前提下巷道在回采期間超前支護段頂板下沉量在150~200mm左右,兩幫移近量在400mm左右。因此考慮到掘進過程中設備尺寸,通風要求和巷道圍巖變形預留量,風、機巷斷面均為半圓拱形斷面,切眼斷面為矩形斷面。
4.2 支護參數選擇。錨桿為Φ22mm,長度2.4m左旋無縱筋500號螺紋鋼筋,螺紋長度150mm,配高強度螺母、調心球墊及W型鋼護板,錨固方式:樹脂加長錨固。
網片規(guī)格:采用菱形金屬網,網孔規(guī)格80×80mm,網片規(guī)格3000×800mm。
錨索形式和規(guī)格:錨索材料為Φ22mm,1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線,長度6.3m,樹脂加長錨固。
錨索布置:采用每排兩根和每排一根交錯布置,排距700mm。錨索安裝在兩排錨桿間頂板中部,用300×300×16拱形高強錨索托板。
錨索張拉預緊力:200~250kN。
錨桿預緊扭矩:螺紋鋼錨桿不低于400N.m。
5 安全技術措施
錨桿應緊跟掘進頭及時支護,最大空頂距不得超過0.7m。當頂板比較破碎有隨掘隨冒可能時,應采取超前支護措施。
在掘進之前先打超前錨桿,錨桿用直徑22mm左旋無縱筋500號螺紋鋼錨桿,錨桿長度2.4m,鉆孔直徑為30mm,采用一支K2335和兩支Z2360錨固劑全長錨固,超前角度仰角為15°,每排4根,間距800mm,掘進2100mm(三個循環(huán))安裝一排(見下圖)。
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5.1 在掘進過程中嚴格按設計施工,嚴格控制錨桿眼深度,間排距、錨桿外露長度,錨桿安裝推進時間符合規(guī)程要求,并加強錨桿抗拔力的監(jiān)測。
5.2 掘進時形成的巷幫超寬或片幫超寬時,應及時處理,可采用補打錨桿的方法進行補強。
5.3 巷道地質條件發(fā)生變化時,應根據變化程度調整支護參數(加密錨桿和錨索),或采取應急措施及時處理,如采用單體液壓支柱或U型鋼棚等混合支護。
5.4 試驗過程中,每隔30m在頂板安裝一個離層指示儀,觀測圍巖移動情況。一旦發(fā)生異常現(xiàn)象,觀測人員應立即匯報并采取相應措施。
5.5 發(fā)現(xiàn)巷道變形較大,及早采取加固措施。當補打錨索、錨桿施工困難時,可進行套U型支架。
6 結束語
Ⅲ020402在掘進期間沒有發(fā)生片幫及漏頂事故,巷道成形較好,回采期間風機巷變形量控制在設計范圍之內,本支護技術取得了較好的效果。
隨著開采深度的不斷加大,礦壓日益顯現(xiàn),加之斷層及構造日趨復雜,原有的支護方式已經不能滿足現(xiàn)有的支護要求,通過在020502綜放機巷過斷層期間推廣使用以上支護形式效果也非常明顯,現(xiàn)將該支護形式已逐漸推廣至所有厚煤層中使用。
參考文獻:
[1]康紅普.煤巷錨桿支護理論與成套技術[M].煤炭工業(yè)出版社,2007年11月.
[2]陳炎光,陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].中國礦業(yè)大學出版社,1994年10月.
[3]張丕林.關于煤柱錨桿巷道支護設計的研究[J].科技資訊,2012(06).
作者簡介:陳春寧(1974-),男,甘肅禮縣人,現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團石炭井焦煤公司生產技術科副科長。endprint