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        大埋深托頂煤全錨索支護(hù)改革試驗技術(shù)研究與應(yīng)用

        2019-04-09 11:26:10王鵬鵬
        山東煤炭科技 2019年3期
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖變形

        王鵬鵬 王 岳 曹 正

        (山東新巨龍能源有限責(zé)任公司,山東 菏澤 274900)

        隨著開采深度的不斷增大,新巨龍公司工作面回采順槽受采動及采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響,煤柱失穩(wěn)變形嚴(yán)重,巷道圍巖變形量大,尤其強(qiáng)卸壓排粉后,實體幫煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞,密度和強(qiáng)度降低,支撐能力下降,圍巖變形加劇[1-2]。為控制回采順槽大變形破壞,公司以大埋深托頂煤條件下的-980邊界延深通道支護(hù)作為研究對象,通過采用理論分析、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,對標(biāo)分析了巷道圍巖變形數(shù)據(jù),優(yōu)化支護(hù)參數(shù),保證施工安全。

        1 工程概況

        -980邊界延深通道自導(dǎo)線點(diǎn)以北168m開門,開門點(diǎn)底板標(biāo)高-904.7m,以方位角342.5°沿煤層底板施工1262m貫通。本區(qū)域煤巖層大致為一走向近南北的向斜構(gòu)造西翼,走向30~240°,傾向300~330°,傾角3~6°,3煤頂板砂巖含水層約占山西組的31%左右,為3煤的直接頂板。砂巖單層厚度一般4~20m。巖性一般以細(xì)砂巖、中砂巖及細(xì)砂巖和粉砂巖互層為主,局部為粗砂巖,富水不均勻,富水性中等。

        巷道斷面為矩形,凈寬4.8m,凈高4.0m,S凈=19.2m2;荒寬5.1m,荒高4.15m,S荒=21.2m2。水溝布置在東幫,凈寬×凈深=0.3m×0.3m,鋪塑料水槽。

        2 支護(hù)形式介紹

        2.1 原支護(hù)方案

        采用“錨帶網(wǎng)索”作為永久支護(hù),頂板支護(hù)錨桿采用MSGLW-600/22×2500無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿,配合W鋼帶(規(guī)格長4800mm,眼距900mm)壓鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù),兩幫錨桿采用MSGLW-600/22×2500無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿,使用規(guī)格為150×150×10mm的錨桿托盤壓鋼筋網(wǎng)(規(guī)格2400/1700×1000mm)支護(hù),配W鋼帶(規(guī)格長2100/1200mm,眼距900mm)支護(hù)[3]。兩幫頂角錨桿向巷道頂板傾斜,與水平夾角為10~30°,配偏凸托盤。底角錨桿向巷道底板傾斜,與水平夾角為10~30°,配偏凸托盤(可使用修復(fù)托盤)。

        頂板錨索布置在巷道頂板鋼帶之間,每排4棵,間排距為1200×2000mm。中間兩棵錨索垂直頂板打設(shè),兩側(cè)錨索向巷道兩側(cè)傾斜,與鉛垂線夾角為20~30°。錨索采用Φ21.8mm×8300mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線,確保錨索錨入穩(wěn)定基巖深度不小于1.5m。兩幫鋼帶之間打設(shè)一根錨索,排距為3000mm,距頂板2150mm,西幫采用Φ21.8mm×6300mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線,東幫采用Φ21.8mm×4300mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線,配300×300×16mm的錨索盤,錨索垂直于煤壁打設(shè)[2-4]。

        2.2 支護(hù)改革

        頂板支護(hù)錨桿改為注漿錨索,配合5眼W鋼帶(規(guī)格長4800mm,眼距1125mm)壓鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。頂板鋼帶中間眼位錨索為6300mm注漿錨索,配規(guī)格為300×300×16mm托盤;其他眼位錨索為3800mm注漿錨索,配規(guī)格為150×150×10mm托盤。采用SKZ22-1/1770-3800~6300mm中空注漿錨索;頂板中間錨索必須垂直于巷道巖面,兩肩窩錨索向巷道兩幫傾斜,與鉛垂線夾角為10~30°。每棵錨索采用3支MSK(慢)2350型樹脂錨固劑進(jìn)行錨固[3]。單根錨索設(shè)計錨固力應(yīng)大于200kN,在漲拉錨索時錨索的預(yù)緊力應(yīng)不低于180kN,錨索間排距1125×1000mm。注漿拖后迎頭不大于80m。

        原頂板支護(hù)錨索改為SKZ22-1/1770-8300mm中空注漿錨索,每棵錨索采用3支MSZ2350型樹脂藥卷錨固,錨入穩(wěn)定的基巖內(nèi)不低于1500mm。頂板完整時,錨索拖后迎頭6m打設(shè),頂板較破碎時,拖后迎頭不大于3m施工。注漿拖后迎頭不大于80m。

        2.3 注漿錨索與普通高強(qiáng)錨索參數(shù)對比

        本次實驗采用SKZ22-1/1770中空注漿錨索,為了對比SKZ22-1/1770中空注漿錨索與普通錨索參數(shù)的優(yōu)越特征,本文統(tǒng)計了中空注漿錨索及普通高強(qiáng)錨索技術(shù)參數(shù)(表1)。

        3 觀測數(shù)據(jù)對比分析

        (1)巷道變形數(shù)值。選取支護(hù)改革實施前后的10個圍巖變形觀測站,獲得觀測數(shù)據(jù)(表2、表3),通過支護(hù)前后巷道圍巖變形幅度對比發(fā)現(xiàn),采用大埋深托頂煤全錨索支護(hù)后的巷道圍巖變形幅度明顯減小。

        表1 中空注漿錨索及普通高強(qiáng)錨索技術(shù)參數(shù)

        表2 支護(hù)改革前后巷道圍巖變形最大量對比

        表3 支護(hù)改革前后巷道圍巖變形平均量對比

        (2)圍巖變形曲線分析。原支護(hù)方案:根據(jù)大埋深托頂煤-980邊界延深通道圍巖變形曲線(圖1)分析,支護(hù)改革前,巷道圍巖整體變形較大。最大變形量:兩幫最大移近3024mm,頂?shù)装遄畲笠平?100mm;其中,煤柱側(cè)上幫最大移近1320mm,下幫最大移近1704mm,頂板最大下沉831mm,底鼓最大1269mm。平均變形量:兩幫平均移近2649mm,頂?shù)装迤骄平?780mm;其中,煤柱側(cè)上幫平均移近1309mm,下幫平均移近1340mm,頂板平均下沉750mm,底鼓平均1030mm。55#表面位移測站于2017年9月8日初設(shè),隨工作面推采,圍巖變形量逐漸增大,至2018年1月30日撤除,兩幫總移近3024mm,頂?shù)装蹇傄平?039mm。其中,上幫移近1320mm,下幫移近1704mm,頂板下沉923mm,底鼓1116mm。

        圖1 2303N工作面上巷支護(hù)改革前圍巖變形曲線

        支護(hù)改革后:-980邊界延深通道支護(hù)改革后,巷道圍巖整體變形量明顯減小。最大變形量:該巷兩幫最大移近2336mm,頂?shù)装遄畲笠平?563mm;其中,煤柱側(cè)上幫最大移近1133mm,下幫最大移近1203mm,頂板最大下沉681mm,底鼓最大882mm。平均變形量:該巷兩幫平均移近1425mm,頂?shù)装迤骄平?74mm;其中,煤柱側(cè)上幫平均移近728mm,下幫平均移近697mm,頂板平均下沉334mm,底鼓平均540mm。66#表面位移測站于2017年10月30日初設(shè),隨工作面推采,圍巖變形增量不明顯,支護(hù)改革后,至2018年4月20日撤除,兩幫總移近2336mm,頂?shù)装蹇傄平?154mm。其中,上幫移近1133mm,下幫移近1203mm,頂板下沉312mm,底鼓842mm,較未采取支護(hù)改革措施前的55#測點(diǎn)變形量明顯減小。

        (3)支護(hù)前后對比結(jié)果。通過支護(hù)改革前后礦壓觀測對比分析,巷道兩幫平均移近減少1224mm,頂?shù)装迤骄平鼫p少906mm。

        4 結(jié)束語

        在大埋深托頂煤巷道支護(hù)時,用錨索替代錨桿,增加了錨固厚度;用注漿錨索代替普通高強(qiáng)錨索,保證了錨固層的整體性。通過礦壓觀測對比分析,支護(hù)改革后大埋深托頂煤巷道兩幫平均移近量減少330mm,頂?shù)装迤骄平鼫p少135mm;兩幫平均移近減少1224mm,頂?shù)装迤骄平鼫p少906mm。大埋深托頂煤全錨索支護(hù)改革試驗支護(hù)效果顯著,圍巖變形得到有效控制,為工作面順利推采提供了有利條件。

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