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        小煤柱回采巷道圍巖控制措施研究

        2018-11-01 05:44:46范夢夢
        山東煤炭科技 2018年10期
        關(guān)鍵詞:回風(fēng)順煤柱型鋼

        范夢夢

        (西山煤電股份有限公司馬蘭礦,山西 古交 030205)

        1 工作面概述

        西山煤電集團(tuán)股份有限公司馬蘭礦12703工作面位于井田南七采區(qū)右翼,工作面所采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2#煤層,屬近水平穩(wěn)定可采厚煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單,煤層普氏硬度2.0~2.5。

        12703工作面設(shè)計走向長度為1058 m,傾向長度為178 m,回采煤層平均厚度為3.0 m,工作面采用綜合機(jī)械化后退式回采工藝,全部垮落法處理采空區(qū)。12703工作面西側(cè)為12702采空區(qū),東側(cè)實煤區(qū)。為了提高工作面煤柱回收率,12703工作面采用預(yù)留小煤柱法進(jìn)行回采,即工作面回風(fēng)順槽與12702采空區(qū)之間預(yù)留小煤柱,小煤柱寬度為20 m。截至目前工作面已回采120 m。

        由于12703工作面煤層屬石炭系煤層,工作面采用小煤柱回采期間受鄰近采空區(qū)壓力及回采應(yīng)力影響,在前期回采階段回風(fēng)順槽側(cè)小煤柱出現(xiàn)嚴(yán)重片幫現(xiàn)象,隨著工作面不斷推進(jìn)和采空區(qū)垮落,小煤柱受力加大,在工作面回采至80 m處工作面頂板與小煤柱之間三角煤柱出現(xiàn)局部垮落現(xiàn)象,煤柱支撐作用失效,頂板下沉量達(dá)0.35 m,且出現(xiàn)鄰近采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)象,局部地段瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.8%。受應(yīng)力作用,小煤柱安全維護(hù)難度加大,降低了煤柱對頂板支撐作用,而且很容易造成工作面與鄰近采空區(qū)貫通,從而嚴(yán)重威脅綜采工作面安全生產(chǎn)。

        2 原支護(hù)設(shè)計及問題分析

        2.1 原支護(hù)方式

        在工作面形成階段,初步支護(hù)設(shè)計中對小煤柱采用單錨桿支護(hù),錨桿長度為2.0m,直徑為22mm,煤柱共施工三排護(hù)幫,排距為1.0m,間距為1.0m,第一排護(hù)幫距頂板間距為0.5m。錨桿與煤柱之間采用長度為0.45m、寬度為0.25m鋼帶進(jìn)行預(yù)緊。

        2.2 問題分析

        由于預(yù)留煤柱寬度為20m,煤柱對頂板支撐作用力小,在應(yīng)力作用下煤柱發(fā)生擠壓變形,在變形區(qū)域內(nèi)形成應(yīng)力集中區(qū),造成應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)煤體出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象,破碎深度達(dá)2.5m,而原支護(hù)設(shè)計錨桿長度為2.0m,錨桿錨固端位于破碎巖體內(nèi),錨固效果差,同時煤體破碎時膠結(jié)穩(wěn)定性差,錨桿對煤柱支護(hù)作用力在破碎巖體內(nèi)出現(xiàn)擴(kuò)散,支護(hù)效果差。而且單一的錨桿只能對局部范圍內(nèi)煤柱起到支護(hù)作用,當(dāng)應(yīng)力集中時相鄰錨桿之間無法起到聯(lián)鎖作用,錨桿與錨桿之間的支護(hù)薄弱區(qū)很容易出現(xiàn)應(yīng)力突出,從而造成煤壁片幫現(xiàn)象。

        3 小煤柱聯(lián)合支護(hù)設(shè)計

        為提高小煤柱支護(hù)作用,對小煤柱采用注漿+施工加長錨桿并安裝圓鋼托架+“L”型鋼棚等聯(lián)合支護(hù),具體施工方法如下。

        3.1 注漿支護(hù)

        (1)在12703回風(fēng)順槽原支護(hù)作用下,對小煤柱進(jìn)行注漿支護(hù),漿液主要采用馬麗散與催化劑配合比為1∶1混合液,采用高壓注漿泵進(jìn)行注射。

        (2)煤柱共施工兩排注漿孔,排距為2.0m,間距為3.0m,第一排注漿孔距頂板間距為0.5m,注漿孔深度為4.0m,孔徑為42mm。

        (3)注漿孔施工完后對其埋設(shè)注漿管并安裝封口器,然后將高壓膠管連接注射槍和注漿泵進(jìn)行注漿,注漿期間發(fā)現(xiàn)煤體有漿液滲出時停止注漿并及時封孔。

        3.2 加長錨桿及圓鋼托架施工

        (1)為了進(jìn)一步提高支護(hù)體對小煤柱支護(hù)作用,煤柱注漿后施工三排加長錨桿,加長錨桿長度為3.5m,直徑為22mm,錨桿排距為1.0m,間距為2.0m,每根錨桿采用兩支型號分別為MSK23/35、MSKC23/80錨固劑錨固。錨桿與煤柱之間采用長度為0.5 m,寬度為0.28m“JW”型鋼帶進(jìn)行預(yù)緊,如圖1所示。

        (2)三排加長錨桿施工完后,為了提高相鄰兩根錨桿之間聯(lián)鎖保護(hù)作用,在相鄰兩根錨桿之間安裝一根圓鋼托架,圓鋼托架長度為2.0m,直徑為40mm。

        3.3 架設(shè)“L”型鋼棚

        (1)為了防止頂板與煤柱之間三角煤柱垮落以及煤壁片幫,待小煤柱加長錨桿施工完后,在12703回風(fēng)順槽內(nèi)靠近小煤柱側(cè)架設(shè)一排“L”型鋼棚,如圖1所示。

        圖1 12703工作面小煤柱聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖(mm)

        (2)“L”鋼棚主要由頂梁、棚腿及底座組成,頂梁與棚腿之間采用卡纜及支撐架固定連接,鋼棚頂梁長度為1.5 m,棚腿長度為3.5 m(回風(fēng)順槽高度),鋼棚間距為2.0 m。頂梁與頂板以及棚腿與煤柱之間分別采用錨桿進(jìn)行固定。棚腿底座采用地錨與堅硬底板進(jìn)行固定。

        (3)“L”型鋼棚架設(shè)完后,在棚腿與煤柱之間間隙處填塞水泥背板,水泥背板長度為2.5 m,寬度為0.3 m。

        4 應(yīng)用效果

        (1)預(yù)留小煤柱回采時受外界作用力影響,煤柱抗壓能力降低,煤柱出現(xiàn)破碎、片幫現(xiàn)象,需對其進(jìn)行維護(hù),煤柱維護(hù)費用高,通過對12703工作面回風(fēng)順槽側(cè)小煤柱加強(qiáng)支護(hù)發(fā)現(xiàn),共計需加強(qiáng)維護(hù)費用達(dá)34萬元,但是采用小煤柱開采時多回收煤炭量達(dá)7.8萬t,經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1700余萬元,與支護(hù)費用相比大大提高經(jīng)濟(jì)效益。

        (2)采用注漿技術(shù)對12703工作面預(yù)留小煤柱進(jìn)行支護(hù)后,煤柱破碎現(xiàn)象得到很大改善,阻止了煤體破碎范圍向深部延伸,提高了破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性,為錨桿支護(hù)創(chuàng)造了有利條件。

        (3)采用加長錨桿對小煤柱進(jìn)行支護(hù)時,錨桿錨固端位于深部穩(wěn)定煤體內(nèi),提高了錨固質(zhì)量,采用“JW”型鋼帶將其與煤柱預(yù)緊,加強(qiáng)了支護(hù)體與煤柱之間耦合支護(hù)作用,同時對相鄰錨桿之間安裝圓鋼托架提高了錨桿間聯(lián)鎖保護(hù)作用,實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn),小煤柱施工加長錨桿及圓鋼托架后,在后期回采過程中未發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象。

        (4)通過施工“L”型鋼棚不僅進(jìn)一步阻止了煤柱片幫,而且有效防止了因外力作用頂板與煤柱之間三角煤柱垮落,同時架設(shè)“L”型鋼棚后對頂板起到了支撐作用。架設(shè)鋼棚后在回采期間三角煤柱未發(fā)生局部垮落現(xiàn)象,阻止了鄰近采空區(qū)瓦斯涌出,回風(fēng)順槽瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.0%以下;同時加強(qiáng)了煤柱對頂板支撐作用,鋼棚架設(shè)后頂板未發(fā)生嚴(yán)重變形現(xiàn)象,局部區(qū)域頂板最大下沉量僅為0.08m。

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