張 林
(同煤集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 大同 037100)
大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司2404巷位于北四盤區(qū)中部,貫穿盤區(qū)東西,東部為北四盤區(qū)三條大巷,其余三面均為實煤區(qū)。巷道沿3-5#煤層底板掘進(jìn),屬石炭二疊紀(jì)煤層,煤層平均厚度為11m,平均傾角為4°;2404巷設(shè)計長度為4549m,為矩形斷面,斷面規(guī)格寬×高=5.0×3.6m。巷道偽頂以炭質(zhì)泥巖為主,平均厚度為0.21m,直接頂以泥巖及細(xì)砂巖為主,平均厚度為3.81m。
根據(jù)地測科提供的地質(zhì)資料,2404巷構(gòu)造較為簡單,掘進(jìn)至430m附近可能揭露DF16斷層,斷層走向斜交巷道,H=0~1.0m,為正斷層,過斷以后煤層底板抬升;當(dāng)巷道掘進(jìn)至1900m處揭露DF61正斷層,斷層落差5m,同時在此附近外側(cè)存在一條SXLZ6陷落柱。受斷層構(gòu)造應(yīng)力影響,2404巷在過DF16斷層時頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象,支護(hù)困難,傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)效果差,預(yù)計施工巷道掘進(jìn)至1900m處揭露DF61斷層時受斷層及陷落柱影響,巷道頂板會出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象,所以為確保施工巷道安全順利過DF61斷層,必須對傳統(tǒng)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
2404巷在過DF16斷層以前,頂板采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),具體支護(hù)設(shè)計如下:
(1)2404巷頂板采用長度為2.0m,Φ22mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,間距為0.95m,每排施工6根錨桿,排距為1.0m,每根錨桿外露端安裝一個長×寬=450×280mm鋼護(hù)板,如圖1所示。
(2)頂板錨索采用長度為6.3m,Φ17.8mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線,每排施工2根錨索,錨索間距為2.0m,錨索排距為2.0m,每根錨索外露端安裝一個規(guī)格為長×寬=130×130mm鋼托板。
(3)頂板金屬網(wǎng)采用網(wǎng)格為100×100mm,Φ6mm的鉛絲網(wǎng),金屬網(wǎng)規(guī)格為長×寬=6.3×1.2m,金屬網(wǎng)垂直巷道平鋪在巷道頂板上,相鄰兩卷金屬網(wǎng)采用16#雙股鉛絲綁扎。
(4)頂板錨桿、錨索采用型號為MSK及MSZ型錨固劑,每根錨桿配套一根MSZ23/60型錨固劑,每根錨索配套一根MSZ23/60型錨固劑和一根MSZ23/35型錨固劑,錨桿錨固時間為30s,錨索錨固時間為45s。
圖1 北四盤區(qū)2404巷傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計斷面圖
(1)原支護(hù)設(shè)計中頂板錨桿長度為2.0m,而DF61斷層落差為5.0m,在斷層處上下盤煤體破碎厚度達(dá)2.0m以上,所以長度為2.0m錨桿無法滿足支護(hù)要求;原支護(hù)設(shè)計中每根錨桿下方配套一塊護(hù)板,同一排錨桿相互獨立,彼此之間聯(lián)鎖作用差,一旦局部出現(xiàn)冒頂時整排錨桿會全部失效。
(2)原支護(hù)設(shè)計中頂板錨索采用長度為6.3m鋼絞線,而2404巷煤層平均厚度為11m,煤層頂板存在偽頂,所以長度為6.3m鋼絞線錨固端處于掘進(jìn)煤層中,且錨固端與偽頂間距為1.0m,受構(gòu)造應(yīng)力影響一旦偽頂與煤層出現(xiàn)離層現(xiàn)象,頂板錨索無法起到預(yù)期支護(hù)效果。
(3)由于2404巷巷寬為5.5m,原支護(hù)設(shè)計中頂板錨索間距為2.0m,每排施工兩根錨索,采用該支護(hù)方法過DF16斷層期間發(fā)現(xiàn),每排錨索集中控制施工巷道中部頂板,而對兩幫處頂板控制效果差,同時頂板支護(hù)采用MSK和MSZ型錨固劑,錨固周期長,一旦頂板出現(xiàn)破碎,錨固劑錨固效果失效。
通過分析研究,2404巷過斷期間在原支護(hù)設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,具體優(yōu)化方案如下:
(1)頂板采用加長型錨桿,錨桿長度為3.0m,錨桿直徑為22mm,每排施工6根錨桿,錨桿間距為1.0m,兩幫頂板錨桿與頂板成60°夾角布置。
(2)為加強同一排錨桿聯(lián)鎖作用,每一排錨桿下端安裝一根“JW”型鋼帶,鋼帶長度為5.2m,鋼帶寬度為0.28m,每根鋼帶上焊制6個Φ25mm圓孔,鋼帶穿過同一排錨桿進(jìn)行安裝。為進(jìn)一步加強斷層處頂板穩(wěn)定性,將斷層處頂板錨桿排距縮短為0.9m。
(3)將原巷道中頂板錨索更換為長度為9m,Φ21.6mm加長錨索,每排施工3根錨索,錨索間距縮短為1.8m,錨索排距縮短為1.8m,同時在每一根錨索外露端安裝一根長度為0.6m工字鋼梁,鋼梁垂直施工巷道布置,鋼梁與錨索之間采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊,如圖2所示。
(4)為了提高頂板支護(hù)錨固效果,頂板錨桿、錨索采用快速及超快速型錨固劑(MSK、MSKC型),頂板每根錨桿配套兩根錨固劑,即一支MSK23/60型快速錨固劑,一支MSKC23/35型超快速錨固劑;頂板每根錨索配套三根錨固劑,即兩支MSK23/60型快速錨固劑,一支MSKC23/35型超快速錨固劑;超快速型錨固劑位于鉆孔底端。
(5)頂板支護(hù)施工完后,必須確保錨桿錨索預(yù)緊力、錨固力符合設(shè)計要求,頂板錨桿預(yù)緊力不得低于200N·m,錨固力不得低于8t,錨索預(yù)緊力不得低于24MPa,錨固力不得低于17t。
圖2 北四盤區(qū)2404巷過斷層帶支護(hù)優(yōu)化設(shè)計斷面圖
通過分析研究2404巷傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計過斷層帶時存在的問題,根據(jù)實際生產(chǎn)情況對傳統(tǒng)支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。2404巷在過DF61斷層期間采用優(yōu)化后的支護(hù)設(shè)計,頂板未出現(xiàn)離層、大面積破碎、局部冒頂現(xiàn)象,大大提高了施工巷道過斷層帶掘進(jìn)效率,提高了斷層處頂板穩(wěn)定性,保證了巷道安全順利施工,取得了顯著的經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。