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        煤巷掘進(jìn)破碎頂板技術(shù)管理分析

        2018-12-01 03:25:52
        江西煤炭科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:冒頂鋼帶梯子

        劉 偉

        (潞安集團(tuán) 李村礦,山西 長治 046604)

        1 概述

        潞安集團(tuán)李村礦1305進(jìn)風(fēng)巷,位于一采區(qū)膠帶下山+277.7 m位置,北部為1307工作面,西面為一采區(qū)2#回風(fēng)下山,南面為1303工作面。

        1305進(jìn)風(fēng)巷,巷道設(shè)計長度為1060 m,巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.2 m×4.2 m,施工巷道沿3#石炭系煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn),巷道存在偽頂,平均厚度為0.58 m,主要以炭質(zhì)泥巖為主,直接頂平均厚度為1.5 m,主要以砂質(zhì)泥巖為主,基本頂平均厚度為6.6m,主要以粉砂巖為主,如表1所示。巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝,截至目前巷道已掘進(jìn)674 m。

        表1 1305回風(fēng)巷頂、底板巖性特征

        根據(jù)地質(zhì)資料,1305進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)至670m處揭露DF6正斷層,斷層落差為H=1.7 m,傾角為52°,受構(gòu)造應(yīng)力和采動影響,巷道過斷層期間頂板出現(xiàn)破碎、下沉、局部冒頂現(xiàn)象。

        2 巷道原支護(hù)設(shè)計及存在的問題

        2.1 原支護(hù)設(shè)計

        (1)頂板支護(hù)設(shè)計:頂板采用錨桿、錨索、W型鋼帶、金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù),頂板每排施工6根長度為2.5m,直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,錨桿間距為1.0m,排距為1.0 m;頂板鋼帶規(guī)格為長×寬=5.0 m×0.25 m,鋼帶與錨桿配套使用;頂板錨索采用長度為5.3m,直徑為17.8 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線,每排施工3根錨索,錨索間距為1.8 m,排距為3.0 m,錨索與頂板之間采用規(guī)格為長×寬=0.3 m×0.3m鋼托板進(jìn)行預(yù)緊。

        (2)巷幫支護(hù)設(shè)計:巷幫采用錨桿、小鋼帶及金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),共計施工四排護(hù)幫,間排距為1.0 m,錨桿采用長度為2.0m,直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,小鋼帶規(guī)格為長×寬=0.45 m×0.25 m。

        2.2 存在的問題

        (1)由于3#煤層為石炭系煤層,發(fā)育不穩(wěn)定,受DF6正斷層影響,巷道掘進(jìn)至650m處巷道頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象,且向頂板深部延伸,最大破碎深度達(dá)3.0m,采用長度為2.5 m錨桿支護(hù)時,錨固效果差,起不到預(yù)期支護(hù)效果。

        (2)頂板破碎后巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力大大降低,通過第破碎巖體進(jìn)行單向抗壓實驗發(fā)現(xiàn),破碎巖石單向抗壓強(qiáng)度僅為10.9 MPa,而頂板采用寬度為0.25 m“W”鋼帶進(jìn)行維護(hù)無法起到巷道縱向頂板保護(hù)作用,通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),隨著巷道開拓延伸,相鄰連根鋼帶之間破碎頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,當(dāng)巷道掘進(jìn)674 m處,破碎頂板最大下沉量達(dá)0.44 m,且受巖體下沉作用,部分鋼帶支護(hù)出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

        (3)1305進(jìn)風(fēng)巷采用綜掘工藝,巷道掘進(jìn)期間頂板最大空頂距達(dá)3.0 m,每個循環(huán)巷道掘進(jìn)空頂?shù)钠骄鶗r間為2.5 h,在此期間頂板在構(gòu)造應(yīng)力及上覆巖層重力作用下,頂板出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象,不僅降低了巷道掘進(jìn)效率(2.5 m/d),而且嚴(yán)重威脅著巷道掘進(jìn)施工安全。

        3 強(qiáng)化安全技術(shù)管理

        為確保1305進(jìn)風(fēng)巷安全過斷層破碎區(qū)域,提高巷道掘進(jìn)效率,決定對破碎頂板采取注漿+超前錨桿支護(hù)+加寬多筋梯子梁等聯(lián)合安全管理措施。

        3.1 注漿支護(hù)

        注漿支護(hù)目的主要是提高破碎頂板膠結(jié)穩(wěn)定性,保證頂板具有一定的承載能力,從而確保頂板支護(hù)合理有效。

        (1)在施工巷道650 m處頂板開始施工注漿鉆孔,鉆孔與頂板成30°夾角布置,每排布置四個鉆孔,鉆孔間距為1.0m,鉆孔直徑為45 mm,深度為6m,其中兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角布置。

        (2)第一排注漿鉆孔施工完后,采用高壓注漿泵由中間鉆孔向兩幫鉆孔依次高壓注射馬麗散漿液,注漿壓力不得低于2.0 MPa,確保注漿液能夠完全擠入頂板巖體裂隙內(nèi),注漿期間發(fā)現(xiàn)鄰孔有漿液滲透時立即停止注漿,并采用膨脹水泥對鉆孔進(jìn)行封孔,封孔長度為0.3 m。

        (3)當(dāng)?shù)谝慌抛{孔注漿3 h后,施工第二排注漿孔,相鄰兩排注漿孔孔口間距為5.0 m,見圖1。

        圖1 1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板注漿支護(hù)斷面及剖面

        3.2 超前錨桿支護(hù)

        為了防止巷道掘進(jìn)后因頂板支護(hù)不及時發(fā)生冒頂事故,決定在巷道設(shè)計頂板位置施工一排超前錨桿支護(hù),提前對頂板進(jìn)行支護(hù),減小構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力對頂板作用。

        (1)首先在施工巷道設(shè)計頂板位置施工一排超前支護(hù)鉆孔,鉆孔垂直煤壁布置,每排布置10個鉆孔,鉆孔深度為4m,鉆孔直徑為30 mm。

        (2)超前支護(hù)鉆孔施工完后向鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及超前支護(hù)體,每個鉆孔填裝三支錨固劑分別為一支MSKC23/35型,兩支MSKC23/60型;超前支護(hù)體采用長度為4mm,直徑為25 mm加長預(yù)應(yīng)力螺紋鋼錨桿。

        (3)錨固劑及超前支護(hù)錨桿填裝后采用手持式鉆機(jī)進(jìn)行錨固,錨固后桿體承受拉拔力不得低于120 kN。

        (4)當(dāng)?shù)谝慌懦板^桿支護(hù)施工完,且巷道掘進(jìn)3 m后施工第二排超前錨桿支護(hù),相鄰兩排錨桿支護(hù)交錯疊加1.0 m,依次類推直至喊道完全過斷層破碎帶。

        3.3 加寬多筋梯子梁支護(hù)

        加寬多筋梯子梁支護(hù)可有效對破碎帶頂板起到區(qū)域主動支護(hù)作用,提高破碎巖體整體耦合作用,從而防止破碎頂板發(fā)生冒頂事故。

        (1)1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采用的加寬多筋梯子梁長度為3.0m,寬度為0.5 m,每組雙筋梯子梁由6根長度3.0m,直徑為30mm的圓鋼、4根長度為0.5 m的夾板、3根規(guī)格為長×寬=0.5m×0.28 mm的“JW”鋼帶、以及圓鋼托架、預(yù)應(yīng)力錨索等部分組成。

        (2)首先將雙筋梯子梁平行布置在巷道頂板上,采用“JW”型鋼帶及高預(yù)應(yīng)力錨索將其與頂板固定,每排施工三組,間距為1.0 m,為了提高多筋梯子梁間聯(lián)鎖保護(hù)作用,在相鄰兩組多筋梯子梁之間安裝兩根長度為1.2m圓鋼托架,見圖2。

        圖2 1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板多筋梯子梁支護(hù)平面

        4 應(yīng)用效果分析

        1)1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采用注漿支護(hù)后有效提高了頂板破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力,通過對注漿后巖體單向抗壓實驗發(fā)現(xiàn),注漿后巖體單向抗壓強(qiáng)度提高至64.6 MPa,保證了頂板錨桿支護(hù)效果。

        2)1305進(jìn)風(fēng)巷安裝加寬多筋梯子梁后,解決了頂板鋼帶支護(hù)面積小,支護(hù)效果差等技術(shù)難題,防止了頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象,該支護(hù)施工后通過對破碎頂板觀察發(fā)現(xiàn),頂板最大下沉量為0.12 m(塑性變性階段),后期趨于穩(wěn)定,頂板未發(fā)生大面積下沉、冒落現(xiàn)象。

        3)施工巷道掘進(jìn)期間對設(shè)計頂板位置施工加強(qiáng)超前錨桿支護(hù),有效防止了巷道掘進(jìn)時因支護(hù)不及時、頂板壓力大而發(fā)生冒頂事故,1305進(jìn)風(fēng)巷通過頂板破碎區(qū)施工超前錨桿支護(hù)后,有效控制了頂板破碎、局部冒頂現(xiàn)象,保證了巷道掘進(jìn)效率,日掘進(jìn)量達(dá)7.5 m。

        5 結(jié)語

        通過技術(shù)實踐,對1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采取“注漿支護(hù)+超前錨桿支護(hù)+加寬多筋梯子梁支護(hù)”等聯(lián)合安全管理措施。實踐表明,采取聯(lián)合措施后,防止了頂板破碎面積進(jìn)一步擴(kuò)大,提高了破碎頂板穩(wěn)定性及巷道掘進(jìn)效率,避免了因頂板破碎發(fā)生冒頂事故,取得了顯著成效。

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