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        回采巷道破碎頂板安全管理措施研究

        2019-01-30 09:09:42高懷智
        山東煤炭科技 2019年1期
        關(guān)鍵詞:鋼棚頂梁架設(shè)

        高懷智

        (同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 朔州 036000)

        1 概 述

        同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司14106工作面位于井田的東南部,北臨+665水平南回風(fēng)大巷(東),東臨14107輔助運輸順槽聯(lián)巷,西臨14106輔助運輸順槽,南部未開采。工作面設(shè)計傾向長度為1466m,沿4#煤層底板回采,煤層偽頂平均厚度為0.66m,主要以炭質(zhì)泥巖為主;直接頂主要以粉砂巖、泥巖混合層為主,平均厚度為4.33m;基本頂主要為中、細砂巖,平均厚度6.21m。目前工作面已回采784m。

        14106運輸順槽為矩形斷面,斷面規(guī)格為寬×高=5.5×3.8m,巷道頂板采用錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護;由于14106工作面回采至790m處揭露一條正斷層F8,斷層落差為2.4m,傾角為55°,受構(gòu)造應(yīng)力及回采壓力影響,工作面回采至770m處14106運輸順槽頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,預(yù)計破碎長度達40m(過斷層20m后),工作面前期回采階段運輸順槽破碎頂板下沉高度達0.42m,頂板巖體破碎嚴重,膠結(jié)穩(wěn)定性差,單軸抗壓強度大大降低,通過頂板窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)頂板破碎深度達2.2m,原巷道頂板永久支護失效嚴重,無法起到預(yù)期支護效果。

        2 運輸順槽破碎頂板維護方案選擇

        為了提高破碎頂板穩(wěn)定性,避免頂板事故發(fā)生,同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司通過技術(shù)研究,對14106運輸順槽破碎頂板提出三種維護方案,方案一為為挑頂并重新補打支護,方案二為架設(shè)矩形工字鋼棚,方案三為注漿并架設(shè)“T”型雙梁鋼棚。

        (1)方案一挑頂并重新補打支護。工作面在回采期間若14106運輸順槽破碎時,對破碎頂板進行挑頂,挑頂后與設(shè)計頂板位置一致,并重新補打永久支護。由于14106運輸順槽存在偽頂且直接頂主要以混合巖層為主,巖石普氏系數(shù)f=2.5,巖石硬度低,在進行挑頂時局部地段頂板很容易出現(xiàn)冒頂、垮落現(xiàn)象,造成巷道挑頂后頂板維護難度大,維護效果差,甚至?xí)l(fā)生重大頂板事故。

        (2)方案二架設(shè)矩形工字鋼棚。在14106運輸順槽破碎頂板下方架設(shè)工字鋼棚,鋼棚間距為1.5m;受構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力影響,14106運輸順槽頂板壓力大且出現(xiàn)大面積下沉現(xiàn)象,下沉量在0.13~0.42m范圍內(nèi),若僅采用單一的矩形鋼棚支護,鋼棚頂梁會出現(xiàn)嚴重變形現(xiàn)象,而且破碎頂板膠結(jié)穩(wěn)定性差,頂板無法形成完整耦合體,采用鋼棚支護時效果差。

        (3)方案三注漿并架設(shè)“T”型雙梁工字鋼棚。對破碎頂板進行注漿支護,注漿后在其下方架設(shè)“T”型雙梁工字鋼棚進行維護,采用注漿可有效提高破碎頂板穩(wěn)定性及巖體單軸抗壓強度,采用“T”型雙梁工字鋼棚增加了鋼棚與頂板支護面積,有效防止頂板局部冒頂。

        通過以上的方案對比,決定采用方案三對14106運輸順槽破碎頂板進行維護。

        3 破碎頂板維護施工工藝

        3.1 注漿支護

        (1)14106工作面回采至770m處且運順順槽頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象時,首先在破碎頂板用YT—23型鉆機并配套Φ42mm鉆頭施工一排傾斜注漿鉆孔,鉆孔施工完后進行注漿。

        (2)工作面頂板每排施工4個傾斜注漿孔,相鄰兩排注漿鉆孔排距為4.0m,鉆孔深度為8.0m,鉆孔間距為1.0m,鉆孔直徑為42mm,鉆孔與頂板成45°夾角布置,其中靠近兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角。

        (3)頂板注漿鉆孔施工完后,采用型號為2ZBQ氣動注漿泵進行注漿,注漿液采用馬麗散粘劑,該粘劑主要采用馬麗散與催化劑混合而成,注漿時由中間孔向兩幫孔依次進行注漿,注漿壓力不低于3.0MPa。

        (4)注漿期間發(fā)現(xiàn)頂板破碎巖體由漿液滲透時立即停止注漿,并采用黃泥砂漿及聚氨酯由內(nèi)向外進行封孔,黃泥砂漿封孔長度不低于1.0m,聚氨酯封口長度不低于0.5m,所有注漿孔封口后定期對孔口處有害氣體進行檢查。

        3.2 架設(shè)“T”型雙梁工字鋼棚

        (1)“T”型雙梁工字鋼棚主要由兩節(jié)“I”型棚腿、兩節(jié)“T”型棚腿、底座、兩節(jié)頂梁、四根頂梁連接槽鋼以及四根固定拉桿組成,“I”型棚腿長度為2.5m,“T”型棚腿長度為2.0m,“I”型與“T”型棚腿之間采用滑槽及卡纜固定,連接后伸縮長度范圍為2.5~4.0m;頂梁長度為5.0m,連接槽鋼長度為0.5m,如圖1所示。

        圖1 14106運輸順槽破碎頂板注漿架棚聯(lián)合維護斷面圖(單位:mm)

        (2)首先在巷道兩幫底板處定線安裝棚腿底座,底座由規(guī)格為長×寬=0.3×0.3m鋼板制成,每個底座上焊制兩個Φ25mm圓孔,底座安裝后采用長度為1.2m直徑為18mm錨桿將底座與底板錨固。

        (3)底座安裝后從下往上依次安裝“I”型棚腿及“T”型棚腿,“I”型棚腿與底座采用四根連接螺母進行固定,與“T”型棚腿采用卡纜固定并進行預(yù)緊,預(yù)緊力不得低于200N·m,為了保證棚腿穩(wěn)固,在安裝棚腿時采用錨桿將棚腿與巷幫進行固定。

        (4)棚腿安裝后,將兩節(jié)頂梁與“T”型棚腿頂部進行搭接,頂梁與棚腿采用卡纜固定,頂梁固定后依次安裝四根連接槽鋼,槽鋼與頂梁之間采用卡槽固定。

        (5)第一架“T”型雙梁鋼棚架設(shè)完后,依次架設(shè)第二架、第三架鋼棚,直至過頂板破碎帶,鋼棚架設(shè)間距為1.5m,為了防止倒棚事故發(fā)生,所有鋼棚架設(shè)完后在相鄰兩架鋼棚之間采用三根拉桿進行固定,如圖2所示。

        4 應(yīng)用效果

        14106工作面回采過F8斷層期間,運輸順槽頂板破碎長度為40m,破碎頂板共計施工40個注漿鉆孔,共架設(shè)20架“T”型雙梁工字鋼棚。注漿后通過對頂板巖體進行抗壓實驗發(fā)現(xiàn),破碎巖體單軸抗壓強度提高至17.4MPa,而且注漿后使破碎頂板局部形成耦合體,大大提高了頂板穩(wěn)定性,保證了原巷道永久支護質(zhì)量。同時采用“T”型雙梁工字鋼棚對破碎頂板進行維護,與傳統(tǒng)工字鋼棚相比,提高了頂梁對破碎頂板支護斷面,降低了頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn),14106運輸順槽碎頂板采用注漿及架設(shè)鋼棚后,在后期回采期間運順順槽在應(yīng)力集中區(qū)范圍內(nèi)頂板未出現(xiàn)嚴重破碎現(xiàn)象,有效控制頂板下沉現(xiàn)象,頂板最大下沉量僅為0.12m。

        圖2 “T”型雙梁工字鋼棚平、剖面示意圖

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