郭吉玉
摘 要:隨著采煤技術(shù)的發(fā)展,回采速度大幅提高,單翼開采采區(qū)接續(xù)緊張,為緩解單翼開采接續(xù)緊張的局面,往往在上一采面開始回采之前下一采面順槽便開始掘進(jìn),采用快速綜掘技術(shù)雖保證了掘進(jìn)速度,但回采壓力對后巷破壞嚴(yán)重,頂板下沉,底板鼓起,兩幫變形嚴(yán)重,對安全生產(chǎn)極為不利,頂、幫控制極為重要。為此提出了組合錨桿、組合錨索支護(hù)設(shè)計(jì),較好的解決了強(qiáng)烈動(dòng)壓巷道支護(hù)難題。
關(guān)鍵詞:強(qiáng)烈動(dòng)壓巷道;組合錨桿;組合錨索;支護(hù)
1 煤層基本地質(zhì)條件
肖家洼煤礦21采區(qū)為單翼開采方式,主要開采13#煤層,該煤層為全區(qū)可采煤層,21采區(qū)內(nèi)厚度變化不大,均處于10~15m之間。含夾矸0~10層,一般為0~3層,夾矸厚度為0.16~1.60m,一般為0.16~0.48m,其頂板巖性為砂質(zhì)泥巖和泥巖,老頂為中粗粒砂巖,常見炭質(zhì)泥巖偽頂;底板巖性為泥巖和砂質(zhì)泥巖,有時(shí)為粉砂巖或泥灰?guī)r,普遍存在著炭質(zhì)泥巖偽底。
2 動(dòng)壓巷道受力特征
肖家洼煤礦211302工作面材料順槽與相鄰的211301綜放工作面膠運(yùn)順槽間隔20M寬度煤柱,當(dāng)211301綜放工作面回采完成之后,采取自由垮落法進(jìn)行采空區(qū)頂板處理,采空區(qū)的上方巖層的重量此時(shí)將向周圍煤體進(jìn)行轉(zhuǎn)移。受211301工作面回采及211302工作面使用材料掘進(jìn)的影響,實(shí)體煤和煤柱上部儲(chǔ)存著比較大的支承壓力,上述高集中支承壓力是巷道造成動(dòng)壓巷道的主要誘因。因?yàn)楣ぷ髅娴幕夭蛇^程中會(huì)在煤柱的上方產(chǎn)生高于原巖應(yīng)力數(shù)倍的應(yīng)力,從而將導(dǎo)致原巷道中的煤柱屈服和變形,進(jìn)而導(dǎo)致211302材料順槽出現(xiàn)兩幫移進(jìn),頂板下沉和底鼓現(xiàn)象。
采掘關(guān)系圖如圖1所示。
3 巷道支護(hù)方案
211302工作面材料順槽掘進(jìn)斷面的形狀一般采用矩形設(shè)計(jì),斷面的寬度為5400mm,斷面的高度為3500mm。巷道沿13號煤層的底板進(jìn)行掘進(jìn),此時(shí)應(yīng)采用高預(yù)應(yīng)力的端頭錨固錨桿錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。
強(qiáng)烈動(dòng)壓區(qū)的頂板一般采取錨網(wǎng)+W鋼帶+組合錨索梁支護(hù)形式進(jìn)行,幫部采取鋼筋梯支護(hù)+錨網(wǎng)形式進(jìn)行。支護(hù)所用材料可選:20×2200mm的螺紋鋼樹脂錨桿制作頂板,錨桿間排距800×800mm。金屬網(wǎng)規(guī)格2000mm×1100mm,網(wǎng)格100㎜×100㎜,鋼帶選用BHM270-2.75型礦用W鋼帶,長度為5200mm,采用錨桿扣掛。錨索梁采用4500mm長11#工字鋼加工,每根錨索梁用三根錨索吊掛,錨索規(guī)格為21.6×12500mm鋼絞線,間距1600mm,組合錨索梁間距1600mm。幫部采用錨網(wǎng)+鋼筋梯支護(hù),錨桿規(guī)格為20×2200㎜左旋螺紋鋼錨桿,錨桿間排距800×800mm。金屬網(wǎng)規(guī)格2000mm×1100mm(采煤幫為塑料網(wǎng)),網(wǎng)格100㎜×100㎜,每排布置4根錨桿,鋼筋梯采用14圓鋼焊制,規(guī)格為:長×寬=3400×100mm,每架設(shè)有4個(gè)錨桿扣掛點(diǎn)。
采用超快速樹脂藥卷錨固錨桿和錨索,錨桿保證不低于200N·m的扭矩,錨固力不低于50kN。錨索預(yù)應(yīng)力不低于200kN。
4 礦壓觀測的方法及分析
4.1 觀測的范圍
從動(dòng)壓源即“工作面回采”開始日直到動(dòng)壓源結(jié)束后的三個(gè)月中進(jìn)行重點(diǎn)觀測,對應(yīng)掘進(jìn)迎頭和回采工作面的距離為200m時(shí)。
4.2 布點(diǎn)的原則:隨機(jī)布點(diǎn)和均勻布點(diǎn)相結(jié)合
隨機(jī)布點(diǎn):即巷道條件如發(fā)生變化:圍巖條件發(fā)生變化、支護(hù)形式發(fā)生變化、參數(shù)發(fā)生變化、遇到構(gòu)造帶的情況、遇到淋水段等的情況,特殊地段此時(shí)需要隨機(jī)增設(shè)更多的觀測點(diǎn)或著加大布點(diǎn)的密度。
均勻布點(diǎn):每15~20米設(shè)置一個(gè)測點(diǎn),設(shè)點(diǎn)時(shí)距迎頭不應(yīng)大于20米。
4.3 測點(diǎn)的設(shè)置方法
從過往經(jīng)驗(yàn)中可知巷道變形量的觀測一般采用“十字”布點(diǎn)法進(jìn)行,即在圍巖的表面進(jìn)行鉆孔(注意:孔深≥200mm),木樁打入孔內(nèi),測釘安設(shè)在樁頭上,作為測量的基點(diǎn)。觀測頂板底的移近量應(yīng)選擇在巷中進(jìn)行,兩幫的移近量選擇在腰線的位置處進(jìn)行(注:腰線是自巷道底板往上1.2m處)。
4.4 觀測的頻率
每天應(yīng)對動(dòng)壓源周邊200米的范圍內(nèi)巷道進(jìn)行1次觀測,每旬對動(dòng)壓源周邊的200~300米范圍中巷道進(jìn)行1次觀測。
4.5 觀測的方法
在原本預(yù)設(shè)好的測量點(diǎn)上使用刻度尺、測線繩和測桿等對測量指標(biāo)“十字交叉點(diǎn)至頂板測點(diǎn)、十字交叉點(diǎn)至底板測點(diǎn)、十字交叉點(diǎn)至右?guī)蜏y點(diǎn)、十字交叉點(diǎn)至左幫測點(diǎn)”進(jìn)行量測,觀測儀器直接讀取顯示值。測量后與原始值進(jìn)行對比,從而得出頂板的下沉量數(shù)據(jù)、底膨量數(shù)據(jù)以及兩幫的變形量等的數(shù)據(jù)。
4.6 礦壓分析
211301工作面回采完畢后,從整體觀測的效果來看,在有采動(dòng)影響的情況下,兩巷回采的過程中兩巷均達(dá)到了原本預(yù)期的支護(hù)效果,并且完全可以滿足生產(chǎn)、通風(fēng)以及運(yùn)輸?shù)男枰?,并且極大的減少了后期維護(hù)的費(fèi)用成本。
參照圖3可得出:巷道頂板、底板以及兩幫的相對位移量在7~8天趨于穩(wěn)定。通過對巷道變形量長時(shí)間的數(shù)據(jù)監(jiān)測也同時(shí)驗(yàn)證了掘進(jìn)巷道圍巖基本在10天以內(nèi)將趨于穩(wěn)定。參照圖3可以看出:巷道變形主要體現(xiàn)在底鼓上,指數(shù)約為300mm,巷道兩幫的相對移進(jìn)量指數(shù)為200 mm,頂板的下沉量指數(shù)為50mm。通過上述理論分析可知,巷道變形主要體現(xiàn)在頂板的壓力是經(jīng)過頂、幫高預(yù)應(yīng)力組合錨桿、錨索而形成的支護(hù)整體結(jié)構(gòu)向底部傳遞壓力,底板此時(shí)在沒有任何其他支護(hù)的前提下,將導(dǎo)致底板變形加大從而釋放壓力,故而,在此過程中應(yīng)選擇有效的支護(hù)措施用來來加強(qiáng)控制底鼓。
參考文獻(xiàn):
[1]侯朝炯,郭勵(lì)生,勾攀峰.煤巷錨桿支護(hù)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1999:9-20.
[2]陳炎光,陸士良,徐永圻.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1994:18-27.
[3]張農(nóng),高明仕.煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(9):524-527.
[4]康洪普,王金華,等.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007:36-70.
[5]錢鳴高,劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京:煤炭工出版社,19.